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流域洪水演进模型及其参数反问题研究

李光炽  
【摘要】: 中国是一个水旱灾害频发的国家,水利在国民经济中具有重要的位置,水利的兴 衰直接影响到国家的稳定和人民的生活。在科学技术发展日新月异的今天,水利也应 跟上现代化的要求。科学治水需要有科学的工具。流域洪水模拟模型是流域防洪调度、 兴利除害、技术治水、科学管水合理利用的重要工具。本文对当前的流域洪水演进模 拟模型进行了分类和比较,提出了通用性的流域洪水演进模拟模型。通用性流域洪水 演进模型采用类比物质构成的分解,把流域分解成各种基本特征元素的模拟:一维水 流模拟,二维水流模拟,零维水流模拟,连系水流模拟以及工程运行控制模拟等,由 不同的特征元素的数量和种类的组合,构成不同的特定流域,使所建的流域洪水模型 具有很好的包容性,能够包容各种各样的流动结构,适应不同的流域洪水模拟的需要。 模型的框架采用数据驱动方式,由数据的存在决定模型的运行,数据的改变自动起动 对应的模型,真正达到通用性的目的。模型实现的关键是数据的规范化,把数据规范 到一种标准形式,由不同形式的数据,驱动不同的方法,从而形成数据驱动式结构。 针对模型运行中遇到的参数确定问题,本文讨论了模型参数反分析,包括一维河 道糙率反分析,二维糙率反分析,一维河道旁侧入流反分析等。对于一维河道糙率参 数反分析,针对观测资料存在的随机误差,引进卡尔曼滤波器的自动校正系统,求解 出河道糙率变化的动态过程,使用动态糙率计算,明显改善模型的模拟精度,使模拟 过程和观测过程很好吻合。此时的糙率与传统的概念有明显的不同,它包含了模型误 差,截断误差,观测误差等各方面的综合影响。 对于旁侧入流反分析,采用直接从控制方程出发,推导出同时求解旁侧入流的迭 代方法,从正问题解的反求,以及实测水库入库洪水的反求等实例都说明,本文的方 法是一种实用的方法,该方法对水库防洪调度洪水演算具有重要的价值,可以应用于 大中型水库洪水调度的入流反算。


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