ELCIRC模型优化及其在电站调峰通航影响中的应用

论文摘要

三峡大坝与葛洲坝大坝区间为两坝间河段，就两坝间泄洪调度、发电调度、通航调度及生态环境、泥沙淤积等问题，运用理论分析、物理模型试验、数学模型计算等开展过较多研究，取得了大量成果并获得许多新的认识。鉴于三峡电站的调峰能力有待提高，对其两坝间通航影响进行研究非常必要。开放源程序ELCIRC是采用基于水平向非结构网格、垂向z坐标体系，半隐格式的欧拉—拉格朗日有限体积/有限差分方法来解浅水方程的河口模型。本文研究了ELCIRC控制方程组求解相关的部分内容，剖析了源程序在插值计算、拓扑结构、定解条件、分层信息和干湿法等关键技术及其具体实现，尤其是对欧拉拉格朗日模型特有的逆向追踪算法做了详细阐述。ELCIRC河口模型优点之一是逆向追踪，精确的追踪算法需要稳定的算法保证，本文就ELCIRC模型中插值方法的双线性映射进行了较深入分析论证，讨论并提出较为合理的具体修改意见，避免使用小量作为算法中分母、相近数相减等带来的较大误差。修改后的算法虽然在计算精度和原有的程序一致，但计算时间上却相对减少。这些经过实际应用的算法原理，可以为开发水动力学模型提供有价值的参考。利用CAD VBA和EXCEL VBA二次软件开发实现数据提取与处理的自动化，提高了建模效率。利用三峡-葛洲坝区间河道高程数据，绘制了河道高程累积频率曲线图，对高程频率曲线可能的应用价值进行了讨论，并以长江某河段水下边坡为例分析高程频率曲线在河床演变中的应用，评价认为该图在河道地貌统计分析中具有重要的意义，是很好的分析方法。建立的基于源程序ELCIRC的两坝间水力学模型，进行了模型验证，结果表明该模型能较好的模拟三峡-葛洲坝两坝间水流特性，并运用该模型对不同调峰方案下两坝间河段水流特性进行数值模拟，分析了调峰对通航水流的影响，进而对三峡-葛洲坝梯级电站调峰优化方案进行探讨。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 概述
• 1.1 两坝间概述
• 1.2 两坝间通航问题
• 1.3 研究背景及本文拟研究的问题
• 2. ELCIRC 源代码程序分析
• 2.1 ELCIRC 概述
• 2.2 拓扑关系
• 2.3 逆向追踪
• 2.4 初值给定
• 2.5 干湿法、节点流速、分层信息
• 2.6 小结
• 3. ELCIRC 程序优化改进
• 3.1 逆向追踪简介
• 3.2 插值分析
• 3.3 方法修改
• 3.4 逆向追踪插值计算有效性改进
• 3.5 结果对比
• 3.6 讨论
• 4. 基于 ELCIRC 程序的两坝间水力学模型建立
• 4.1 模型方程
• 4.2 方程离散
• 4.3 紊流模型
• 4.4 边界条件
• 4.5 ELCIRC 程序中水平扩散项及输移方程说明
• 5. 地形数据处理与网格划分
• 5.1 CAD 数据提取与处理
• 5.2 SMS 平面网格生成
• 5.3 垂向网格生成
• 5.4 小结
• 6. 模型验证与分析
• 6.1 模型（未修正）恒定流验证计算结果
• 6.2 修正后模型验证结果
• 6.3 小结
• 7. 调峰对通航的影响模拟初步研究
• 7.1 枯水期调峰模拟研究方案
• 7.2 汛期调峰模拟研究方案
• 7.3 小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及在读期间发表（投稿）的论文情况