水流泥沙数学模型的数据同化与参数反演
| 摘要 | 第3-4页 |
| Abstract | 第4-5页 |
| 第1章 绪论 | 第10-23页 |
| 1.1 研究背景和意义 | 第10-11页 |
| 1.2 水沙数学模型误差 | 第11-13页 |
| 1.2.1 物理结构误差 | 第12页 |
| 1.2.2 离散和计算误差 | 第12页 |
| 1.2.3 参数和边界条件误差 | 第12-13页 |
| 1.3 原型观测误差 | 第13-15页 |
| 1.3.1 观测误差来源 | 第13页 |
| 1.3.2 河流观测特点 | 第13-14页 |
| 1.3.3 河流观测方法 | 第14-15页 |
| 1.4 数据同化方法 | 第15-20页 |
| 1.4.1 集合卡尔曼滤波 | 第15-16页 |
| 1.4.2 变分数据同化 | 第16-17页 |
| 1.4.3 耦合数据同化 | 第17-19页 |
| 1.4.4 参数的数据同化 | 第19-20页 |
| 1.5 研究目标、内容和技术路线 | 第20-23页 |
| 第2章 水流泥沙数学模型 | 第23-35页 |
| 2.1 水沙模型概述 | 第23-25页 |
| 2.2 非耦合水沙模型 | 第25-28页 |
| 2.2.1 三维水沙模型 | 第25-27页 |
| 2.2.2 二维水沙模型 | 第27-28页 |
| 2.2.3 一维水沙模型 | 第28页 |
| 2.3 耦合水沙模型 | 第28-31页 |
| 2.3.1 水流泥沙耦合 | 第29页 |
| 2.3.2 不同维度的水沙耦合模型 | 第29-30页 |
| 2.3.3 水沙与其它变量耦合 | 第30-31页 |
| 2.4 水沙模型主要参数 | 第31-34页 |
| 2.4.1 水流运动阻力系数 | 第31-32页 |
| 2.4.2 水流挟沙力 | 第32页 |
| 2.4.3 恢复饱和系数 | 第32-34页 |
| 2.5 本章小结 | 第34-35页 |
| 第3章 水沙集合卡尔曼滤波 | 第35-48页 |
| 3.1 集合卡尔曼滤波原理 | 第35-39页 |
| 3.1.1 基本思想 | 第35-36页 |
| 3.1.2 计算流程 | 第36-38页 |
| 3.1.3 集合成员采样 | 第38-39页 |
| 3.2 水沙变量的状态空间方程 | 第39-43页 |
| 3.2.1 水流泥沙数值解 | 第39-41页 |
| 3.2.2 流量水位的状态空间方程 | 第41-42页 |
| 3.2.3 含沙量的状态空间方程 | 第42页 |
| 3.2.4 糙率的状态空间方程 | 第42-43页 |
| 3.3 水沙变量的集合卡尔曼滤波 | 第43-45页 |
| 3.4 水沙变量的滤波流程 | 第45-46页 |
| 3.5 本章小结 | 第46-48页 |
| 第4章 含沙量变分数据同化 | 第48-61页 |
| 4.1 变分数据同化原理 | 第48-50页 |
| 4.1.1 代价函数 | 第48-49页 |
| 4.1.2 伴随方程 | 第49-50页 |
| 4.1.3 优化流程 | 第50页 |
| 4.2 含沙量变分数据同化 | 第50-54页 |
| 4.2.1 含沙量代价函数 | 第50-51页 |
| 4.2.2 水沙伴随方程与梯度 | 第51-53页 |
| 4.2.3 变分优化流程 | 第53-54页 |
| 4.3 两种数据同化方法的比较 | 第54-56页 |
| 4.4 水沙耦合数据同化 | 第56-59页 |
| 4.4.1 代价函数 | 第56页 |
| 4.4.2 误差方差估计 | 第56-57页 |
| 4.4.3 伴随方程与求解过程 | 第57-59页 |
| 4.5 本章小结 | 第59-61页 |
| 第5章 计算实例及应用 | 第61-93页 |
| 5.1 研究区域 | 第61-65页 |
| 5.1.1 2011年黄河调水调沙情况 | 第62-63页 |
| 5.1.2 2009年黄河调水调沙情况 | 第63-64页 |
| 5.1.3 2013年黄河调水调沙情况 | 第64-65页 |
| 5.2 水沙集合卡尔曼滤波 | 第65-75页 |
| 5.2.1 计算条件 | 第65-66页 |
| 5.2.2 滤波优化流量水位 | 第66-71页 |
| 5.2.3 滤波优化含沙量 | 第71-73页 |
| 5.2.4 反演糙率参数 | 第73-75页 |
| 5.3 水沙变分数据同化 | 第75-84页 |
| 5.3.1 计算条件 | 第75-77页 |
| 5.3.2 模拟水位流量 | 第77-79页 |
| 5.3.3 变分优化含沙量 | 第79-80页 |
| 5.3.4 变分反演泥沙参数 | 第80-82页 |
| 5.3.5 变分同化对没有观测值区域的影响 | 第82-84页 |
| 5.4 水沙耦合数据同化 | 第84-91页 |
| 5.4.1 计算条件 | 第84-86页 |
| 5.4.2 滤波优化水位流量 | 第86-88页 |
| 5.4.3 变分优化含沙量 | 第88-89页 |
| 5.4.4 反演水沙参数 | 第89-91页 |
| 5.5 本章小结 | 第91-93页 |
| 第6章 总结与展望 | 第93-96页 |
| 6.1 主要结论 | 第93-94页 |
| 6.2 主要创新点 | 第94页 |
| 6.3 展望 | 第94-96页 |
| 参考文献 | 第96-107页 |
| 致谢 | 第107-109页 |
| 附录A 卡尔曼滤波的直观推导 | 第109-112页 |
| 附录B 集合卡尔曼滤波部分源代码 | 第112-113页 |
| 附录C 生成高斯分布和均值分布的随机数 | 第113-115页 |
| 附录D 变分同化部分源代码 | 第115-117页 |
| 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果 | 第117页 |
