黄河万家寨水库上游段水动力模拟及糙率优化反演研究

发布时间：2020-08-20 06:24

【摘要】：由于特有的气温及河道条件,冬季黄河内蒙古河段冰情严重、凌灾频发,尤以托克托县河段最为严重。而就冰情影响因素而言,热力、动力、河道地形及人为影响四大因素占主导地位。因此为深入开展冰情影响因素研究,本文以黄河干流头道拐至万家寨水库坝址河段为研究对象,基于实测的水位、流量、河道地形资料,结合野外原型观测成果,运用HEC-RAS软件构建研究河段水动力模型,探究各典型时期水动力参数的时间空间演变分布特性。此外,遵循最优估计与反演的思想,运用卡尔曼滤波、BP神经网络,构建糙率优化、反演模型,改进参数率定方法,从而提高水动力模型的精确性,使计算成果更加可靠。最后,还针对水动力模拟的误差进行了分析。主要研究成果如下:(1)HEC-RAS软件可以很好的满足水动力模拟计算的需求,模拟最大相对误差小于13%。(2)通过分析模拟水位的时空分布特性,结合流量特征,表明河段各典型时期上下游水位差与流量呈正相关关系。(3)曹家湾河段在冰期易卡冰结坝,诱发冰凌灾害的主要原因为:该河段过水断面相对较小且水流经过此处流速明显降低。(4)运用数值模拟手段优化、反演糙率可以有效的减小水动力模拟计算的误差。其中以反演方法效果最为明显,水动力模拟的最大相对误差为10%左右。(5)误差分析表明:研究时段内冰期的累积相对误差总体较大,其中2月、3月最为明显;而汛期8月累积误差最小。研究表明,运用HEC-RAS软件开展水动力数值模拟研究切实可行,并且成功应用优化、反演手段提高了模型的精度。研究成果为黄河内蒙段的防凌减灾工作提供了科学依据与理论支持。在今后的研究中。需要综合考虑多种因素,进一步完善数学模型,使研究成果更具代表性。
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV133
【图文】：

技术路线图

示意图,黄河内蒙段,河道,示意图

8黄河干流万家寨水库上游段水动力数值模拟及糙率优化反演研究2 研究区域概况2.1 自然地理概况黄河自西向东可分为三段：第一段为黄河的源头，位于青藏高原；第二段东至太行山，沿途经过黄土高原、内蒙古高原、河套平原等，海拔 1000 多米；第三段主要位于华北平原，平均海拔较低。黄河内蒙古段地处黄河流域最北端，属第二段，位于东经 106°10′~112°50′，北纬 37°35′~41°50′之间[41]，河段起于宁夏石嘴山市和内蒙古鄂尔多斯市拉僧庙附近，止于山西省河曲县及鄂尔多斯市准格尔旗，横跨了内蒙古自治区 8 个旗县市，全长 830 多公里。以河流流向可大致分为三段：第一段至巴彦高勒，河流流向从西南到东北，第二段由巴彦高勒至清水河县喇嘛湾，西北到东南流向，第三段从喇嘛湾至出境流向变为从北向南。黄河内蒙段河道示意图如图 2 所示。

示意图,河道,示意图,概况

图 3 研究区域河道示意图Fig.3 The schematic diagram of research area`s channel水文概况概况域南北相隔 10 个纬度，东西距离 23 个经度，跨度较大，流45]。其中，黄河内蒙段受蒙古高气压控制，冬春季易受北部候干燥寒冷，多北风，降水较少，属中温带干旱半干旱气候为当年 11 月至翌年 3 月）平均气温普遍低于 0℃。以研究拐多年平均温度为-4.43℃，尤以 12 月、1 月温度最低，多年、-10.67℃。万家寨水库建成后头道拐冰期平均气温、最低化情况如图 4、5 所示。

【参考文献】