系统仿真技术在黄河调水调沙控制中的研究与应用

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m3/s。本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

目录

文摘

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哈尔滨工程大学学位论文原创性声明

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