Дослідження та прогнозування процесів руслового стоку у реальному часі

Дипломна робота

ЗМІСТ

ВСТУП . . . . . . . . . . 8

1. МОДЕЛЮВАННЯ РУСЛОВОГО СТОКУ . . . . 10

1.1. Стислий огляд моделей руслового стоку . . . . 10

1.2. Емпіричні моделі . . . . . . . 11

1.2.1. Моделі запізнювання . . . . . . 11

1.3. Лінеаризація моделі . . . . . . . 12

1.3.1. Класичні моделі хвилі . . . . . . 12

1.3.2. Лінеаризовані моделі, що ґрунтуються на вхідних рівняннях Сент-Венанта . . . . . . . . . . 13

1.4. Гідрологічні моделі . . . . . . . 15

1.4.1. Ємнісні моделі стоку . . . . . . 15

1.4.2. Модель Маскінгама . . . . . . 16

1.5. Спрощені гідравлічні моделі . . . . . . 18

1.5.1. Кінематична модель . . . . . . 18

1.5.2. Дифузійна модель . . . . . . . 19

1.6. Повні гідравлічні моделі . . . . . . 20

1.6.1. Методи, що ґрунтуються на використанні методу характеристик . . . . . . . . . . . . 20

1.6.2. Моделі, що ґрунтуються на явних схемах . . . 21

1.6.3. Моделі, що ґрунтуються на неявних розрахункових схемах 23

1.7. Базовий алгоритм . . . . . . . 26

1.7.1. Метод Ньютона-Рафсона . . . . . . 29

1.7.2. Розрахунок матиці коефіцієнтів . . . . . 33

1.8. Зовнішні межі і початкові умови . . . . . 35

1.8.1. Верхня межа водотоку . . . . . . 35

1.8.2. Нижня межа водотоку . . . . . . 36

1.8.3. Початкові умови . . . . . . . 38

1.9. Внутрішні межові умови . . . . . . 40

1.9.1. Запруди . . . . . . . . . 41

1.10. Модифіковані рівняння Сент-Венанта, що описують па-водковий стік . . . . . . . . . . . . 44

2. ПРОГНОЗУВАННЯ У РЕАЛЬНОМУ ЧАСІ . . . . 47

2.1. Використання моделей, що відтворюють систему опади - стік, у ре-альному часі . . . . . . . . . . 47

2.2. Фільтр Калмана: принципи, що лежать у його основі . 50

2.2.1. Виведення фільтра Калмана . . . . . 52

2.2.2. Аналіз характеристик фільтра Калмана . . . 58

2.2.3. Стійкість дивергенції фільтра . . . . . 59

2.2.4. Екстраполяція фільтра Калмана на випадок нелінійних систем . . . . . . . . . . . . 63

2.2.5. Модифікація фільтра стосовно нелінійних систем . . 64

2.3. Ідентифікація структури моделі і значень параметрів . 66

2.3.1. Методологічні основи . . . . . . 66

2.3.2. Послідовна ідентифікація моделей з множиною вхідних та вихідних сигналів . . . . . . . . . 69

2.4. Оцінювання параметрів . . . . . . 73

2.4.1. Алгоритм оцінювання параметрів в автономному режимі, що ґрун-тується на методі МП . . . . . . . . 75

2.5. Управління підземними водами . . . . . 80

2.5.1. Модель природної системи . . . . . 81

2.5.2. Модель управління . . . . . . 82

2.5.3. Приклади моделей управління . . . 83

3. ЕКОНОМІЧНА ДОЦІЛЬНІСТЬ РОЗРОБКИ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТА ЙОГО ВПРОВАДЖЕННЯ . . . . 85

3.1. Економічне обґрунтування розробки та впровадження програми . . . . . . . . . . 85

3.1.1 Розрахунок витрат на розробку програмного забезпечення 85

3.1.2. Розрахунок капітальних вкладень . . . . 87

3.1.3. Розрахунок експлуатаційних витрат . . . . 89

3.1.4.Розрахунок зведених економічних показників . . 89

4. ОХОРОНА ПРАЦІ . . . . . . . . 91

4.1 Значення охорони праці в забезпеченні безпечних та здорових умов праці . . . . . . . . . . . . 91

4.2 Аналіз потенційних небезпек та шкідливих факторів при використанні ЕОМ . . . . . . . . . 92

4.3 Розрахунок освітленості . . . . . . 95

4.4 Забезпечення безпеки технологічних процесів монтажу, налагоджування та експлуатації обладнання при роботі з ЕОМ . . 97

ВИСНОВОК . . . . . . . . . 101

ЛІТЕРАТУРА . . . . . . . . . 102

Вступ

Метод моделювання руслового стоку – це математичний метод (модель), призначений для прогнозування змінювань розмірів, швидкості розповсюдження і форми хвилі паводку під час її руху до водотокам: каналам, річкам, водосховищам та естуаріям. Формування хвилі паводку може бути пов'язане із атмосферними опадами (дощем або стоком, що утворюється внаслідок танення снігу), а також із приливними явищами.

Оцінка інтенсивності руслового стоку тривалий час відігравала для людей життєво важливу роль. Це було пов'язане з тим, що для вирішення проблем, пов'язаних із удосконаленням системи водного транспорту, що функціонував на штучно створених та природних водотоках, а також для вироблення необхідних засобів з метою захисту життя та власності населення від можливих наслідків повеней люди прагнули прогнозувати характерні особливості паводкової хвилі.

Однією з основних галузей потенційного застосування моделей, що імітують реакцію процесів стоку на опади, є