小流域壩系數(shù)字仿真模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)初探

Word版本，下載可自由編輯小流域壩系數(shù)字仿真模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)初探下面是我給大家?guī)?lái)關(guān)于小流域壩系數(shù)字仿真模擬系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，以供參考。

一、問(wèn)題的提出

小流域壩系是黃土高原溝道治理的基本單元，是由骨干壩、淤地壩、小水庫(kù)等溝道工程組合形成的洪水防備體系和生產(chǎn)體系。壩系的形成、進(jìn)展和運(yùn)行是一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)過(guò)程，經(jīng)受壩系的建設(shè)、形成直至達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定等階段，與流域的植被籠罩度、土地通過(guò)、暴雨洪水、水土流失程度和人類活動(dòng)密切相關(guān)，壩系的建設(shè)也受到政策和投資的控制，影響因素多，關(guān)系復(fù)雜且互相制約。目前人們對(duì)這一過(guò)程的了解還僅僅限于數(shù)字計(jì)算，對(duì)內(nèi)部的演化邏輯和各種因素的影響程度不得而知，對(duì)壩系的形成與進(jìn)展過(guò)程缺乏形象直觀的描述，不能適應(yīng)現(xiàn)階段的生產(chǎn)與科研的要求。

計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)是一種高科技手段，它以計(jì)算機(jī)為工具，將人們按照自己的理解而建立的數(shù)學(xué)模型，借助于計(jì)算機(jī)求解的過(guò)程，預(yù)測(cè)將來(lái)運(yùn)行結(jié)果。也可以利用調(diào)節(jié)模型的參數(shù)，比較結(jié)果而達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。小流域壩系形成進(jìn)展過(guò)程的仿真模擬，就是將壩系工程中的骨干壩作為主要討論對(duì)象，建立起集信息采集、數(shù)據(jù)處理、動(dòng)態(tài)過(guò)程模擬和優(yōu)化設(shè)計(jì)為一體的綜合系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)為支撐，以專家系統(tǒng)為技術(shù)支持，對(duì)壩系工程的建設(shè)、淤積、效益等動(dòng)態(tài)演化過(guò)程舉行預(yù)測(cè)模擬，并采納三維直觀的方式利用計(jì)算機(jī)表現(xiàn)出來(lái)。在模擬運(yùn)行的過(guò)程中，利用對(duì)主要參數(shù)指標(biāo)的不斷調(diào)節(jié)與修正，獲得壩系工程的建設(shè)密度、布局、規(guī)模、效益等一系列規(guī)劃技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)構(gòu)思

1.問(wèn)題定義

小流域壩系的形成進(jìn)展過(guò)程，主要涉及工程建設(shè)、防洪平安和壩地生產(chǎn)等幾個(gè)關(guān)鍵控制因素，在運(yùn)行中主要反映在兩個(gè)時(shí)光系列上：長(zhǎng)久運(yùn)行模擬與次暴雨運(yùn)行模擬。

小流域壩系長(zhǎng)久運(yùn)行仿真模擬

壩系中的有的因素是無(wú)法控制或較難控制的，如流域的地形和地質(zhì)條件、流域植被籠罩度、侵蝕強(qiáng)度等；有的是可以控制的，如壩系工程的布局、建設(shè)規(guī)模、結(jié)構(gòu)和建設(shè)時(shí)序等。當(dāng)壩系建設(shè)實(shí)施后，受洪水泥沙的作用，庫(kù)容將隨著淤積而逐年削減，壩地面積逐年增強(qiáng)，當(dāng)達(dá)到一定的條件后可投入生產(chǎn)發(fā)揮效益。而陪同著這一過(guò)程，壩系工程的防洪能力也將逐年降低。同時(shí)壩系工程的淤積過(guò)程還受到其在流域內(nèi)所處的位置、樞紐結(jié)構(gòu)以及流域坡面治理等因素的影響，壩系的長(zhǎng)久運(yùn)行仿真即是模擬這一過(guò)程，并利用模擬過(guò)程中對(duì)可控制因素參數(shù)的調(diào)節(jié)，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

小流域壩系次暴雨洪水運(yùn)行仿真模擬

黃土高原水文泥沙的主要特征是洪水歷時(shí)短、強(qiáng)度大、洪量小、含沙量大。洪水是造成壩系工程水毀破壞的主要緣由。預(yù)測(cè)壩系工程在運(yùn)行過(guò)程中某一時(shí)段的狀態(tài)，了解其抵擋洪水的能力及一旦發(fā)生水毀可能造成的破壞以及范圍，建立防洪預(yù)警，對(duì)初期壩系建設(shè)計(jì)劃的規(guī)劃或運(yùn)行過(guò)程中壩系配套改建計(jì)劃的設(shè)計(jì)，為壩系工程的加固與改建提供決策依據(jù)，具有非常重要的作用。

次暴雨洪水運(yùn)行仿真是長(zhǎng)久運(yùn)行仿真模擬序列中某一個(gè)時(shí)段的進(jìn)一步細(xì)化模擬。在長(zhǎng)久仿真的過(guò)程中，可實(shí)時(shí)挑選典型時(shí)段舉行次暴雨仿真，以消退一些不利因素，使規(guī)劃結(jié)果越發(fā)合理，同時(shí)可適當(dāng)簡(jiǎn)化系統(tǒng)的復(fù)雜程度。

2.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

模塊設(shè)計(jì)

仿真模擬系統(tǒng)主要包括以下幾個(gè)計(jì)算模塊：

①壩系工程布局位置識(shí)別模塊。采納數(shù)學(xué)的方式將壩系工程之間存在的互相位置關(guān)系和水沙傳遞邏輯表現(xiàn)出來(lái)。

②洪水與泥沙計(jì)算模塊。建立小流域內(nèi)不同頻率洪峰模數(shù)、洪量模數(shù)、洪水過(guò)程關(guān)系曲線和侵蝕量計(jì)算數(shù)學(xué)模塊。

③淤積過(guò)程推算模塊。按照各壩之間的水沙傳遞邏輯，建立各單壩淤積庫(kù)容、壩地面積逐年增強(qiáng)量計(jì)算數(shù)學(xué)模型。

④壩系防洪能力計(jì)算模塊。壩系工程的防洪能力隨著時(shí)光的推移而逐年降低，是一個(gè)逐漸衰減的過(guò)程，與工程在壩系中的作用、所處位置以及自身的結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)。防洪能力計(jì)算應(yīng)充分考慮以上各種因素，適度考慮坡面治理措施的轉(zhuǎn)變對(duì)侵蝕模數(shù)和洪水的影響，分離建立沒(méi)有溢洪道和設(shè)置有溢洪道兩種壩系運(yùn)行方式的數(shù)學(xué)模型，還應(yīng)建立工程水毀對(duì)下游工程乃至囫圇壩系所造成危害程度與影響范圍計(jì)算模型。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)

壩系運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真模擬系統(tǒng)是一個(gè)集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析計(jì)算、仿真演示和優(yōu)化規(guī)劃為一體的綜合系統(tǒng)，利用專家系統(tǒng)將它們銜接在一起。需要特殊指出的是，小流域數(shù)字地圖將是系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)平臺(tái)，擬采納“3S”技術(shù)獵取與處理。

①數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。采納數(shù)據(jù)庫(kù)的方式，將大量的壩系工程基礎(chǔ)數(shù)據(jù)舉行存儲(chǔ)，以便于在計(jì)算與演示過(guò)程中的調(diào)用與交換。

②分析計(jì)算。分析計(jì)算是系統(tǒng)的核心部分，主要解決壩系有關(guān)工程位置識(shí)別、洪水泥沙計(jì)算、淤積過(guò)程推算和防洪能力計(jì)算等。

③仿真演示。仿真演示是系統(tǒng)的另一個(gè)重要內(nèi)容，其功能主要是將分析計(jì)算的結(jié)果在計(jì)算機(jī)上采納三維模擬的方式表現(xiàn)出來(lái)，達(dá)到直觀、美觀、有用的效果。此部分內(nèi)容也是系統(tǒng)討論與開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)所在。

④優(yōu)化規(guī)劃。計(jì)算機(jī)的仿真模擬可以多次重復(fù)舉行，有關(guān)參數(shù)可以在模擬的過(guò)程中，利用專家系統(tǒng)對(duì)有關(guān)技術(shù)指標(biāo)的分析討論，不斷地舉行調(diào)節(jié)，經(jīng)過(guò)多次反復(fù)比較，達(dá)到優(yōu)化的目的。

現(xiàn)階段采納計(jì)算機(jī)舉行數(shù)字模擬技術(shù)，多是一種容易的仿照。本文提出將“3S”技術(shù)應(yīng)用作