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我国是一个水资源时空分布很不均匀的国家,洪涝灾害时有发生。行蓄洪区作为水利工程的重要组成部分,在减轻沿岸大堤的洪水压力、降低洪水损失方面起到了重要作用。随着经济的高速发展,利用科学手段,进行行蓄洪区调度,充分发挥其防洪功能,保障沿岸地区的人民生命财产安全是十分必要的。本文就此进行了部分试探性工作,针对影响行蓄洪区行洪效果的两个因素:开启时机和方式进行研究,以期能够为理论发展及实际运用提供参考。 行蓄洪区调度,比起其他的水利防洪工程调度,有其特殊的方面。首先是最优准则的确立。开启行蓄洪区目的是靠牺牲少部分利益来保障较大的利益。然而随着近些年的经济发展,各行蓄洪区经济的差异使确定目标函数存在一定困难。其次是优化的方法。行蓄洪区与水库等其他防洪设施不同,属于全局优化问题,计算时必须全盘考虑每一个行蓄洪区开启对目标函数的影响。最后是行洪区得两个口门一般是通过爆破或人工扒口打开,其开启顺序对干流河道水位、流量情况也有一定影响。前人通过物理试验和数值模拟计算对行蓄洪区启用水位及扒口位置、方式的确定作了很多工作,也积累了许多经验。但对多行蓄洪区联合调度情况下全面考虑启用水位和开启方式进行行蓄洪区优化调度的研究并不多。 本文从行蓄洪区的开启时机和行洪区的开启方式入手,对多行蓄洪区联合运用时行蓄洪区开启进行优化研究。研究特色在于,在开启时机优化目标函数的确定上,考虑到行蓄洪区开启目的是减轻干流大堤的压力,因此本文将所有行蓄洪区平等看待,选取最大削峰准则作为最优准则,通过建立非线性规划模型对行蓄洪区的开启时机进行优化。针对全局优化的复杂性,求解过程中通过偏相关分析和聚类分析的方法减少计算量。对于开启方式的研究,由于不同的开启方式只对行洪区口门附近及下游河道影响较大,本文对单一行洪区情况下不同开启方式进行了比较,总结了不同来流情况下开启方式的选择方法。并将此结论运用到多行蓄洪区联合调度上,对行洪区开启方式进行优化。论文结合了淮河中游的实际背景,一些结论对于淮河中游行蓄洪区防洪调度具有参考价值。 本文共分为五章,各章主要内容如下: 第一章为绪论。首先叙述了行蓄洪区调度问题的起源、研究目的和研究意义,简要回顾了水利防洪设施优化调度和行蓄洪区运用的发展过程和研究现状,阐述了对行蓄洪区的开启进行优化的难点,拟定了本文的重点研究内容。 第二章针对行蓄洪区开启时机的选择进行研究,建立了多行蓄洪区联合调度时开启时机的优化模型,并提出了模型的求解方法。首先,结合实例简要分析了行蓄洪区开启时机对于干流河道的洪峰水位的影响及解决的办法。然后,在总结了现有应用于水利防洪工程调度的系统分析方法的基础上,结合行蓄洪区的运用特点,确定以最大限度降低干流河道重要地区或主要控制站的洪峰水位为目标函数,建立非线性规划模型寻求最佳开启时机。在求解时,鉴于多行蓄洪区联合调度的复杂性,本文引用多元统计理论中偏相关分析和聚类分析的思想,减少了计算量。最后,采用多元非线性曲线拟合方法建立了行蓄洪区开启水位与干流河道重要地区或主要控制站洪峰水位的函数关系,通过变量分割法,将非线性方程线性化,采用线性规划中较为常用的单纯形法寻找最佳开启时机。 第三章以行洪区开启方式为研究对象,总结了不同类型的洪水下,选用不同开启方式在行洪效果上所产生的差异。首先,对行洪区的三种开启方式(方式一:上下口门同时开启;方式二:先开启下口门,再开上口门;方式三:先开启上口门,再开下口)进行了比较分析,指出了三种开启方式的差异。然后,对不同类型洪水通过时,三种开启方式的物理过程进行了分析比较。最后,对概化河段单一行洪区情况下建立了数学模型进行分析验证。在此基础上,对多行蓄洪区联合运用的时,将行洪区开启方式进行优化。 第四章采用一维非恒定流数学模型,对淮河中游多行蓄洪区联合调度进行数值模拟,利用第二章建立的行蓄洪区开启时机的优化模型,以1954年特大洪水为例,寻找最佳开启时机,并对同一开启时机下三种开启方式进行了比较,然后对结果进行了简要分析,为淮河中游洪水调度提供参考。 第五章总结全文,并对今后的研究方向和工作进行展望。