新沂河实时洪水预报系统研究

论文摘要

实时洪水预报是当今最重要也最有效的防洪非工程措施之一,其预报过程通常分为两步:洪水预报和实时校正。实时洪水预报系统实现了水文资料的采集、传输、预处理以及对未来水情预报的自动化,为防洪调度决策提供了技术支持,是当前水情自动测报系统的发展方向。本文在归纳总结洪水预报理论的基础上,对一维圣维南方程组采用Preissmann四点隐式差分格式离散,建立了一维河道水力数值模型,分别采用追赶法和牛顿迭代法两种不同的方法进行求解,并对计算结果进行了分析和比较;结合新沂河河道特点,对模型的参数进行了限定,选取有代表性的历史洪水,对预报模型的可靠性进行了检验,结果显示计算与实测吻合良好;为了提高预报精度,结合水力学模型特点,本文尝试采用卡尔曼滤波法对预报结果进行实时校正,效果显著;本着规范可靠、简单易行、通用性强的原则,以数据库为中心,在计算机上建立具有数据处理、预报计算、实时校正等功能完整的洪水预报系统。本文的主要研究内容为:建立模型、检验模型、实时校正以及建立新沂河实时洪水预报系统等。研究涉及了洪水预报理论、河网计算技术、数值分析理论、实时校正技术和计算机应用技术等。在进行实时洪水预报时,现时水文资料往往非常有限,本文提出一种资料多种算法的概念,计算结果相互验证,为实时预报的可靠性提供了论证。研究具有较强的现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 河网非恒定流研究进展
• 1.2.2 实时洪水预报研究进展
• 1.3 主要研究内容和思想
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 研究的主体思想
• 第2章 洪水预报模型描述
• 2.1 一维非恒定流理论及水力学模型
• 2.1.1 明渠一维非恒定流理论
• 2.1.2 圣维南方程组的差分形式
• 2.2 差分方程的追赶法求解
• 2.2.1 追赶法的基本思想
• 2.2.2 边界条件的处理
• 2.2.3 追赶法的求解步骤
• 2.3 差分方程的牛顿迭代解法
• 2.3.1 牛顿迭代法的基本理论
• 2.3.2 差分方程组的牛顿迭代形式
• 2.3.3 特殊结点迭代系数的推求
• 2.3.4 系统方程的装配及求解
• 2.4 模型试验
• 2.5 本章小结
• 第3章 模型应用
• 3.1 流域概况
• 3.1.1 自然地理概况
• 3.1.2 气象水文特征
• 3.2 模型参数的确定
• 3.3 模型的检验
• 3.3.1 河段概化
• 3.3.2 洪水场次的选择
• 3.3.3 检验结果
• 3.3.4 计算结果分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 实时系统的校正方法
• 4.1 实时校正技术
• 4.1.1 实时校正技术概述
• 4.1.2 实时校正技术分类
• 4.2 卡尔曼滤波理论原理及应用
• 4.2.1 卡尔曼滤波理论
• 4.2.2 卡尔曼滤波的应用
• 4.2.3 校正结果分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 实时洪水预报系统
• 5.1 系统的总体设计
• 5.1.1 系统的开发目标
• 5.1.2 系统开发遵循的原则
• 5.2 系统的详细设计
• 5.2.1 系统的结构设计
• 5.2.2 系统的模块功能
• 5.3 系统的开发与实现
• 5.3.1 系统的开发平台
• 5.3.2 系统的运行环境
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢