南水北调中线工程关键水力学问题研究PDF|Epub|txt|kindle电子书版本网盘下载

南水北调中线工程关键水力学问题研究PDF格式电子书版下载

注意：本站所有压缩包均有解压码： 点击下载压缩包解压工具

第1章 概述1

1.1工程概况1

1.2气候特征2

1.2.1中线工程沿线气候特征2

1.2.2中线工程沿线典型台站冬季气温变化特征3

1.3工程特点及需要研究的水力学问题4

1.3.1中线工程的主要特点4

1.3.2需要研究的水力学问题5

1.4本书的主要内容8

参考文献9

第2章 明渠水流数值模拟11

2.1控制方程11

2.2有限差分格式12

2.2.1控制方程的离散12

2.2.2离散方程的线性化12

2.2.3定解条件13

2.2.4方程的解法15

2.3有限体积格式17

2.3.1格式的推导17

2.3.2格式的验证20

2.4弧形闸门流量计算方法分析21

2.4.1基于能量方程的弧形闸门堰流流量计算22

2.4.2基于能量方程的弧形闸门闸孔出流流量计算22

2.4.3基于量纲分析的弧形闸门流量计算公式23

2.4.4孔堰流分界点的数值处理24

2.5复杂输水渠道数值仿真平台开发25

2.5.1系统组成25

2.5.2仿真模拟平台验证27

2.6小结29

参考文献29

第3章 输水渠道建筑物水力敏感性分析31

3.1敏感性分析31

3.2分水口分水对渠道水位的影响32

3.2.1分水口流量变化速度对渠道水位的影响33

3.2.2分水流量增量占渠道流量比例对渠道水位的影响34

3.2.3分水流量增量对渠道水位的影响34

3.2.4分水口敏感性指标分析35

3.3节制闸运用对渠道水位的影响37

3.3.1渠池的敏感性指标分析37

3.3.2渠池的敏感性与渠池特征参数间的关系38

3.4小结41

参考文献41

第4章 基于伴随方程的输水渠道非线性预测控制42

4.1基于伴随方程的明渠水流敏感性分析42

4.1.1渠道伴随方程及其边界条件42

4.1.2分水口和节制闸的控制方程和伴随方程43

4.1.3滚动优化算法45

4.2滚动优化算法验证及分析46

4.3滚动优化算法在南水北调中线工程的应用50

4.4小结52

参考文献52

第5章 中线干渠自动化运行控制模式研究53

5.1概述53

5.1.1中线干渠自动化运行的必要性53

5.1.2渠系自动化技术发展历史及现状53

5.1.3中线干渠存在的运行控制问题55

5.2中线干渠运行控制概念分析56

5.2.1中线干渠配水方式56

5.2.2中线干渠的运行概念56

5.2.3中线干渠的控制概念58

5.2.4中线干渠的控制方法59

5.3中线干渠的渠池运行方式60

5.3.1闸前常水位（下游常水位）运行60

5.3.2闸后常水位（上游常水位）运行61

5.3.3等容积运行61

5.3.4控制蓄量法62

5.4中线干渠控制建模分析62

5.4.1渠道控制模型研究概况63

5.4.2渠道控制模型发展趋势64

5.4.3中线干渠控制模型65

5.5中线干渠控制算法分析65

5.5.1变量选取66

5.5.2控制逻辑67

5.5.3控制算法68

5.5.4南水北调中线干渠的控制算法72

5.6中线干渠的节制闸运行技术72

5.6.1顺序操作技术72

5.6.2同步操作技术74

5.6.3选择性操作技术74

5.7小结75

参考文献75

第6章 中线干渠闸前常水位运行实现方式研究80

6.1闸前常水位运行方式分析80

6.1.1闸前常水位运行响应与恢复特性80

6.1.2闸前常水位运行流量蓄量关系80

6.1.3闸前常水位运行蓄量补偿时间82

6.1.4闸前常水位运行水位变幅约束条件84

6.1.5闸前常水位运行控制系统结构85

6.2渠道前馈控制算法——改进蓄量补偿法86

6.2.1蓄量补偿法原理87

6.2.2改进蓄量补偿法88

6.2.3前馈控制时间计算88

6.2.4多渠池多需求蓄量补偿算法90

6.3渠道反馈控制算法——水位流量串级控制算法91

6.3.1传统水位反馈控制系统91

6.3.2水位—流量串级反馈控制系统92

6.3.3特性分析及控制器设计93

6.3.4 PI反馈控制算法95

6.4 PI反馈控制算法参数整定96

6.4.1渠道极限增益ku和极限周期Tu97

6.4.2 Auto Tune Variation法97

6.4.3 ATV法与渠道ID控制模型98

6.4.4基于ID模型的PI控制裕量△G和△φ99

6.4.5鲁棒PI控制参数整定99

6.4.6中线总干渠PI控制参数整定100

6.5渠道解耦控制算法102

6.5.1闸前常水位运行控制耦合作用分析103

6.5.2解耦设计及原理分析104

6.5.3两种解耦控制算法比选105

6.5.4结论108

6.6中线干渠闸前常水位运行典型工况仿真108

6.6.1工况1113

6.6.2工况2114

6.6.3工况3116

6.6.4工况4117

6.6.5分析与结论118

6.7小结119

参考文献119

第7章 输水明渠频率响应特性及PI控制器参数整定方法研究122

7.1概述122

7.2线性化圣维南方程组的频域模型计算122

7.3基于ID模型的控制参数整定算法125

7.3.1基于ID模型的传递函数126

7.3.2无量纲PI控制器设计126

7.3.3延迟裕度对控制器稳定性的影响分析128

7.3.4增益裕度对最大扰动误差的影响分析129

7.3.5增益裕度和相位裕度对最小稳定时间的影响分析130

7.3.6鲁棒控制器设计130

7.4控制参数变化对增益裕度和相位裕度的影响规律133

7.4.1 kp变化对幅频曲线和相位曲线的影响133

7.4.2Ti变化对幅频曲线和相位曲线的影响134

7.4.3 ki不变kp和Ti变化对幅频曲线和相位曲线影响134

7.4.4讨论134

7.5南水北调中线渠道控制参数整定及分析135

7.6小结139

参考文献140

第8章 中线干渠变闸前水位运行控制方式研究141

8.1穿黄工程渠池运行控制方式141

8.1.1穿黄工程运行控制问题分析142

8.1.2控制蓄量运行实现方式研究143

8.1.3闸前常水位—控制蓄量联合运行控制算法研究145

8.1.4穿黄工程控制蓄量运行仿真145

8.2安阳以北渠池冰期输水过渡期运行控制方式147

8.2.1闸前变水位运行实现方式147

8.2.2闸前变水位运行闸门控制算法148

8.2.3总干渠冰期输水过渡期运行控制仿真149

8.3小结151

参考文献152

第9章 闸前常水位运行控制模型试验研究153

9.1渠道模型及控制系统153

9.1.1国内外模型渠道调研与分析153

9.1.2模型渠道的设计154

9.1.3测量仪器和闸门驱动系统158

9.1.4监测控制系统158

9.1.5采样步长与控制步长162

9.1.6平板闸门流量系数的率定162

9.2控制参数整定方法验证163

9.2.1控制参数频域整定方法验证163

9.2.2 PI控制器ATV在线整定方法验证166

9.3控制器参数敏感性分析169

9.3.1渠道控制指标169

9.3.2控制器参数敏感性试验比较171

9.4前馈控制研究177

9.5解耦系数比较研究181

9.6小结182

参考文献182

第10章 明渠冬季输水研究现状分析184

10.1河冰理论研究进展184

10.1.1水内冰、浮冰和锚冰的生成及演变理论研究184

10.1.2冰盖形成理论研究185

10.1.3冰盖下水内冰输运和堆积理论研究186

10.1.4封冻河道的阻力研究186

10.1.5冰厚的热力增长和消融理论研究187

10.1.6开河及冰坝理论研究188

10.2长距离调水工程冰期运行现状188

10.2.1国外冰期调水工程188

10.2.2国内冰期调水工程189

10.2.3冰期调水工程安全运行措施193

10.3小结193

参考文献193

第11章 南水北调中线干渠冰期输水能力研究197

11.1概述197

11.2渠道冰期输水能力的控制指标198

11.2.1结冰期的输水能力控制指标198

11.2.2稳封期的输水能力控制指标199

11.3渠道冰期输水能力的确定201

11.3.1冰盖形成期的输水能力201

11.3.2稳封期的输水能力202

11.3.3中线干渠黄河以北渠段冰期输水能力203

11.4冰期运行调度方式204

11.5小结207

参考文献208

第12章 南水北调中线工程冰期输水特性研究209

12.1数学模型209

12.1.1有浮动冰盖的渠道非恒定流控制方程209

12.1.2渠道的气、水、冰的热传导方程209

12.1.3水温、水内冰、浮冰控制方程210

12.1.4动态冰盖发展模型211

12.1.5冰期输水数学模型的验证211

12.2南水北调中线工程黄河以北冬季气温分析212

12.3中线干渠冰情特性分析214

12.3.1冰情模拟的计算条件214

12.3.2中线干渠的冰情演变特性214

12.3.3中线干渠的冰情特点216

12.4中线工程的冰水作用特性217

12.4.1冰情发展对渠道水情的影响217

12.4.2水流条件对渠道冰情的影响219

12.5小结220

参考文献220

第13章 长距离输水渠道冰期运行控制方式研究222

13.1概述222

13.2渠道冰期运行问题分析223

13.3渠道冰期运行控制研究227

13.3.1渠道冰期输水控制指标227

13.3.2节制闸的控制方式227

13.3.3控制参数的整定228

13.3.4渠道冰期运行控制效果验证228

13.3.5冰期控制运行的输水效益分析232

13.4小结233

参考文献233

第14章 南水北调中线工程输水模拟平台235

14.1平台研制需求235

14.2平台的特点235

14.3采用的技术方法236

14.4系统框架设计236

14.5数据库与平台选型237

14.6三维GIS仿真平台238

14.6.1系统架构设计238

14.6.2数据库设计239

14.6.3功能设计239

14.6.4三维GIS仿真平台功能240

14.7二维GIS模拟平台242

14.7.1系统架构设计242

14.7.2数据库建设243

14.7.3功能设计244

14.7.4数学模型集成244

14.7.5二维GIS模拟平台功能245

14.8 WebGIS信息发布平台253

14.8.1 WebGIS相关技术253

14.8.2系统架构设计255

14.8.3数据库设计256

14.8.4关键技术257

14.8.5 WebGIS信息发布平台功能258

14.9小结260

参考文献260

第15章 结论与展望262

15.1结论262

15.2展望264