基于最大熵原理的平原水库波高分布研究

发布时间：2020-07-20 20:19

【摘要】：平原水库是在平原地区建设的水资源调度和储存工程,其库容是由地下挖坑、地上筑坝形成的。随着南水北调工程的建设,一些大型平原水库(如大屯水库)建成并投入运营,且工程规模呈现出越来越大的趋势。平原水库多建设在人口密集的城镇周围以便供水,因此保障其正常和安全运营对维护人民生命财产安全具有重要的意义。平原水库波高是围坝高度计算的重要组成部分,由于平原水库围坝周长较长,围坝高度略有增大就会导致工程量显著增加,确定合理的设计波高对于保证平原水库的安全和降低成本具有重要意义。工程建成后,围坝会受到波浪的长期冲刷,因而研究平原水库波高对运行期的维护与管理也具有重要意义。平原水库波高研究分为两方面:一是波高的概率分布研究,二是特征波高的计算研究,这两方面的研究从不同的角度对平原水库波高规律进行了描述,在平原水库工程的设计以及运行期的维护与管理上都具有重要作用。目前国内外对波高概率分布的研究主要集中于海洋,而平原水库浅水波高概率分布的研究较少;特征波高的计算公式在工程设计中应用广泛,但目前还没有专门用于平原水库的特征波高计算公式。针对以上问题,本文从以下几个方面对平原水库浅水波高进行了研究:(1)平原水库波高的最大熵分布及其参数估计。本文在对常用的波高概率分布进行分析比较后,选择了优势更加明显的最大熵概率分布(Distribution of Maximum Entropy,简称DOME)作为平原水库浅水波高的分布,并对该分布中四个未知参数的估计方法进行了研究,用K-S检验方法验证参数估计结果的合理性,以离差平方和、均方误差与最大误差为指标,对比不同参数估计方法计算出的最大熵分布(DOME)与波高数据的拟合效果。在应用中,得到的波高的最大熵分布的拟合误差小于其它常见波高分布的拟合误差。(2)平原水库浅水波高的DOME统计模型。本文基于浅水波高概率分布符合最大熵分布,为解决复杂、繁琐的参数估计过程,在MATLAB环境下编译并集成最大熵分布的四种参数估计方法的参数估计程序、假设检验程序以及误差计算程序,建立了波高最大熵分布(DOME)统计模型,实现了波高最大熵分布的快速准确计算。利用浅水波高的DOME统计模型计算了某一风速下波高数据的概率分布,经过测试计算结果,统计量Dn均小于临界值1.36(显著性水平为0.05),可知本文所建立的波高的DOME统计模型合理。(3)DOME统计模型在大屯水库的应用。本文将浅水波高的DOME统计模型应用于南水北调东线的平原水库-大屯水库,编写波高测量系统与DOME统计模型的接口程序,按照风速分类,计算了大屯水库定点波高的最大熵概率分布;鉴于目前缺乏专门用于平原水库的特征波高计算公式,通过求解得到的定点波高最大熵概率分布计算了不同风速下的大屯水库特征波高,并利用代表性特征波高计算公式的结构对风速与特征波高进行拟合,得到公式中的关键系数,最后推导出大屯水库特征波高计算公式。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV697;TV139.2
【图文】：

基于最大熵原理的平原水库波高分布研究

图１－１技术路线逡逑

基于最大熵原理的平原水库波高分布研究

用三参数矩方法得到的概率分布和概率密度函数图

基于最大熵原理的平原水库波高分布研究

一用经验适线方法得到的概率分布和概率密度函数图

【参考文献】