输水工程水力学反问题研究

论文摘要

修建输水工程是解决水资源供需矛盾的最有效、最直接的手段。随着科技的发展,人们不满足于对工程系统的预测,还希望通过各种手段实现对系统的主动的识别与控制。解决这些问题即是求解水力学反问题。安全、可靠及灵活是输水系统完成既定运行功能的三大要求。为了满足这些要求,必须有效地识别系统、合理地设计与控制系统,这正是水力学反问题研究的强大动力和重要意义所在。本文以某长距离输水工程为研究对象,以水力学理论为基础,就系统辨识反问题进行了研究。对该工程的无压段进行糙率识别,对其有压段的水击波速进行识别、并就管道渗漏检测作初步研究。本文的主要成果可以概括成如下几个方面:1.用最优化方法对无压段糙率系数进行识别。首先建立无压段输水仿真模型,以实测的末端水位和通过流量为输入参数,通过模型计算首端水位值,当计算水位值与实测水位值最接近时的糙率即为该工程的糙率,理论上此方法的精度可达到要求。2.对有压段的水击波速进行识别。基于瞬变流理论,采用FORTRAN语言建立了工程某段的瞬变流模型,将计算结果作为水击波速识别的特征参数。建立了具有一个隐含层的三层LMBP神经网络,测出水位最大值和流量即能识别出该段的水击波速值。识别值与理论值最大相对误差仅为0.66%,满足要求。3.采用基于瞬变流的模式识别法对管道渗漏进行检测。首先结合该工程建立其中一段管道的渗漏水力瞬变模型,分析其水力特性。并将该模型曲线用于模式识别法中,进行渗漏检测。以上研究结果可以为该输水工程将来的运行管理提供技术依据,有较广泛的推广应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 水力学正问题与反问题
• 1.3 水力学反问题的分类
• 1.3.1 水力共振反问题
• 1.3.2 参数识别反问题
• 1.3.3 限压控制反问题
• 1.3.4 限时控制反问题
• 1.4 本文研究的主要内容
• 1.5 本章小结
• 第二章 瞬变流理论及反问题研究方法综述
• 2.1 有压管道瞬变流的基本原理及研究方法
• 2.1.1 有压管道瞬变流基本方程
• 2.1.2 有压瞬变流控制方程的求解
• 2.2 初始水面线的推求
• 2.3 参数识别反问题的求解方法
• 2.3.1 参数识别反问题求解过程
• 2.3.2 参数识别反问题求解方法
• 2.4 本章小结
• 第三章 糙率识别研究
• 3.1 引言
• 3.2 糙率识别方法研究
• 3.3 工程实例
• 3.3.1 工程介绍
• 3.3.2 模型计算
• 3.4 本章小结
• 第四章 水击波速识别研究
• 4.1 引言
• 4.2 BP人工神经网络
• 4.2.1 BP网络优点
• 4.2.2 BP网络模型的构造
• 4.2.3 BP网络的学习过程
• 4.2.4 LMBP网络
• 4.2.5 MATLAB中BP神经网络的实现
• 4.3 工程实例
• 4.3.1 特征参数选取
• 4.3.2 BP神经网络模型
• 4.3.3 训练与识别
• 4.4 本章小结
• 第五章 管道渗漏检测研究
• 5.1 研究现状
• 5.2 检测方法研究
• 5.2.1 检测方法分类
• 5.2.2 检测方法的综合评定
• 5.3 工程实例
• 5.3.1 水力瞬变模型
• 5.3.2 模拟计算
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢