系统仿真技术在黄河调水调沙控制中的研究与应用

论文摘要

系统仿真技术作为一项非常重要的技术,越来越多的引起了人们的重视,它不仅可以节约资金,而且又可以节省项目从开始到实验完成的周期。 黄河作为目前世界上独一无二的高含沙河流,90年代以来,慢慢进入枯水期,水量在不断减少。因此,下游河道泥沙的淤积非常严重,因为流速缓慢水位上涨,危险情况频频发生。为了改善下游河道,进行了三次调水调沙实验,运输泥沙2.6亿吨入大海,使黄河下游的河道流量能力增加600万m~3/S。本论文围绕如何能够正确预报黄河下游河道的流量、水位、泥沙量、淤积量,详细的进行了研究。 论文主要包含三方面的工作:首先在设计系统仿真平台的基础上,分析了各个系统仿真平台的组成部分及其各个部分的功能,然后设计了仿真数据库并研究数据库建立要考虑的内容,最后设计了仿真控制系统的结构框图;确定了一维模型作为系统的仿真模型,并对模型进行了合理的简化,然后对各个模型进行了离散和线性化,在算法上进行了分析与研究;最后,研究了各个模型的水力参数,根据仿真模型,编制了程序,进行了仿真实验,因为结果误差很大,所以本文分析了误差产生的原因。

论文目录

• 第1章 绪论
• 1.1 课题的背景
• 1.1.1 调水调沙的科学依据
• 1.1.2 系统仿真技术在调水调沙中的应用
• 1.1.3 国内外泥沙仿真数学模型发展概况
• 1.2 课题的研究内容及其意义
• 1.2.1 课题的研究内容
• 1.2.2 课题的意义
• 1.3 本章小结
• 第2章 调水调沙仿真平台的设计
• 2.1 目前调水调沙面临的问题
• 2.2 系统仿真技术
• 2.2.1 系统仿真的概念
• 2.2.2 仿真技术的作用
• 2.3 控制系统框图及其仿真平台的设计
• 2.3.1 仿真控制系统框图
• 2.3.2 仿真平台的构建
• 2.3.3 仿真数据库
• 2.4 本章小结
• 第3章 仿真数学模型的确定
• 3.1 数学模型及其算法
• 3.1.1 一维数学模型
• 3.1.2 准二维数学模型
• 3.1.3 二维数学模型
• 3.1.4 剖面二维及三维数学模型
• 3.2 模型方案的确定
• 3.2.1 一维模型的适用条件
• 3.2.2 准二维模型的适用条件
• 3.2.3 二维模型的适用条件
• 3.2.4 剖面二维及三维模型的适用条件
• 3.2.5 模型方案的确定
• 3.3 本章小结
• 第4章 非恒定一维水沙数学模型
• 4.1 数学模型及其定解问题
• 4.2 参数的选择
• 4.2.1 泥沙沉速的计算
• 4.2.2 水流阻力
• 4.2.3 挟沙力的计算
• 4.3 相关水力要素的预测
• 4.3.1 拉格朗日（Lagrange）二次插值
• 4.3.2 断面水力动要素的插值函数
• 4.4 数值计算方法
• 4.4.1 水流方程的离散
• 4.4.2 水流方程的求解
• 4.4.3 边界条件的处理
• 4.4.4 泥沙连续方程求解
• 4.4.5 河床冲淤量计算
• 4.4.6 河床淤积泥沙级配的调整
• 4.5 本章小结
• 第5章 程序的实现与仿真结果的检验
• 5.1 仿真程序
• 5.1.1 程序的单步执行过程
• 5.1.2 程序的功能和特点
• 5.1.3 程序的流程图
• 5.1.4 程序的主要子函数及其说明
• 5.1.5 程序的主要变量及其说明
• 5.2 小浪底水库概况
• 5.3 模型的验证
• 5.3.1 计算区域的概况
• 5.3.2 参数的选择
• 5.3.3 计算结果与实测值的比较
• 5.4 误差分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢