優秀工程碩士論文范文10篇

來源: www.50296021.com 作者:lgg 發布時間:2018-10-30 論文字數:38592字
論文編號: sb2018101920511323592 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
本文是一篇工程碩士論文,工程碩士(全日制)側重于學術理論與實踐;工學碩士側重于學術理論與應用;工程碩士(非全日制)側重于學術實踐。
本文是一篇工程碩士論文,工程碩士(全日制)側重于學術理論與實踐;工學碩士側重于學術理論與應用;工程碩士(非全日制)側重于學術實踐。工程碩士(全日制)與工學碩士屬于統一教育體系,只是類型不同,而工程碩士(非全日制)屬于不同教育體系。(以上內容來自百度百科)今天為大家推薦一篇工程碩士論文,供大家參考。
 

優秀工程碩士論文范文篇一

 
第一章 緒 論
 
1.1 研究背景及意義
錨固技術是地下工程施工中十分重要的技術之一,在我國人們習慣稱之為錨桿支護技術,而國外一般稱之為錨固技術或者錨桿加固技術。其維持地下結構穩定性的關鍵就是利用土體或者巖體的錨固力,防止地下工程中出現災害性的事故如坍塌、滑移等事故,保證工程的安全可靠性。錨固技術的原理便是其一側是與工程實體結構連接在一起,作為支撐點;另一側則是插入至巖土體等基礎結構中,起到承載結構物的上托力和抗拔力的作用以達到穩固結構的效果,即錨固作用。錨固技術具有充分利用巖土體自身的條件來增加自穩的能力;節約了大量基礎材料如鋼結構支撐等,大大改善了施工條件;作業空間占用少;錨固地層范圍廣等特點[1]。錨固技術是一種經濟可靠的技術,目前在鐵路、隧道、橋梁、礦山、地基建樓的工程項目中都得到了應用[2-3]。由于錨固技術具有高度的隱蔽性,因而發現其質量問題很困難,處理事故就會更為困難。隨之而來的錨固系統質量檢測便成為了錨固技術中不可缺少的環節,因為只有提高錨固系統的質量才能使得錨固系統的穩定性得到提高,進而才會提高錨固工程的安全性。現如今,錨桿錨固系統質量檢測的常用方法有拉拔試驗法和無損檢測法。拉拔試驗法是一種基于摩擦作用的復雜的、具有破壞性的試驗方法[4]。而無損檢測法則不會損壞錨桿錨固結構僅通過應力波波形得出錨桿錨固系統的質量參數,判定缺陷的位置來評價其質量的好壞。無損檢測技術的迅猛發展已經成為一種趨勢,其應用也更加廣泛。通過無損檢測方法就能夠在不破壞系統結構的前提下保證系統更為可靠的安全性,從而減免各種不必要的損失。
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1.2 國內外研究現狀
在錨桿錨固系統質量檢測中通常采用的檢測方法有拉拔試驗檢測法和無損檢測法兩大類,下面分別對其進行介紹。人們普遍習慣采用的檢測錨桿錨固系統質量的方法就是拉拔試驗法,其原理就是利用輔助儀器(一般為液壓千斤頂)對錨桿施加拉拔力,根據經驗設定極限值,當達到這一極限值時停止施加拉拔力,并以曲線的形式記錄施加的拉拔力大小和錨桿的長度,即位移-載荷曲線,并對其進行分析來判斷錨桿錨固系統的質量[8-9]。但是,這種方法具有一定的局限性,首先是預設定值的選擇,如果預設定值超出極限承載力則有可能會對錨桿錨固系統造成永久性的損壞。如若預設定值與極限承載力相比小很多,則得到的位移-載荷曲線可能只能表示其真實情況的一部分而無法達到檢測的效果;其次是經濟性,該方法費時費力耗材,一旦錨桿錨固系統被損壞便不能恢復,不可再繼續使用。所以不適用于批量檢測。綜上分析考慮,傳統的拉拔試驗法的適用范圍有限,不具有普遍性,而且拉拔試驗并不能完全表達錨桿錨固系統的錨固狀態,因為表征錨固狀態的不僅是極限承載力,還包括錨桿的長度、錨固的長度和缺陷的位置等信息。與拉拔試驗不同的是無損檢測方法的檢測宗旨就是在不影響錨桿錨固系統本身應用性能的基本原則下對其進行質量檢測。該方法的技術主體是根據波的傳播原理和信號分析技術來研究錨桿錨固系統的參數以及是否存在質量問題,以此確定拉拔試驗無法確定的錨桿長度、錨固長度和缺陷位置等表征錨固狀態的信息。常用的無損檢測方法有渦流檢測、磁粉檢測、超聲導波檢測、射線檢測和滲透檢測等等[10-13]。在二十世紀八十年代,瑞典學者利用超聲法研制出的可以檢測砂漿錨桿錨固狀態的儀器,但最終因為苛刻的激發條件和快速的衰減狀態等缺點,使得檢測儀器因無法評價錨桿錨固系統的施工質量而無法適用于現場應用。隨后,國內學者對聲波探測技術展開了研究,郭世明學者利用應力波技術對錨桿進行質量檢測[14],該研究取得了一定的成果,說明了應力波法可以運用在錨桿錨固系統質量檢測上。汪明武等學者采用聲頻應力波法對錨桿錨固系統質量進行快速普查和錨固力預測試驗[15-16] ,在這項研究實現了在不損壞錨桿錨固系統的情況下回執除了拉拔曲線,在錨固系統臨近破壞時拉拔曲線會有明顯變化[17]。重慶大學許明主要利用聲波檢測測試了錨桿錨固系統工程的完整性,并在無損檢測方面利用了人工神經網絡[18-20]。太原理工大學李義教授用應力波反射法對實驗室模型和現場錨桿錨固系統進行了工作參數的檢測和質量檢測,該方法基本上滿足了施工安全檢測和支護要求[21-24]。除上述研究外,學者們在理論和應用上對錨桿錨固系統質量的無損檢測都做了大量工作,促進了無損檢測技術在錨桿錨固系統質量檢測上的發展,但還有許多問題亟待更深入的研究[25]。
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第二章 錨桿錨固系統有限元模型建立及其數值分析
 
隨著計算機技術的發展,數值模擬技術逐步成為一門獨立科學,應用在各個工程領域,如巖土工程、建筑工程、隧道工程、橋梁工程等。由于數值模擬技術可以準確的預測工程項目中的各項指標和數據,對工程項目起到了預測項目安全性、可靠性和穩定性的作用,一定程度上減少人身和財產的損失[44]。在大量的數值模擬分析方法中,得以普遍應用的就是有限元分析方法[44]。在本文中建立不同錨固狀態的錨桿錨固系統的模型并進行數值分析所采用的就是動力有限元分析方法。有限元分析方法,是對連續的結構體進行劃分操作使之成為有限個離散的單元然后根據實際需要對離散單元進行相應的操作,利用ANSYS/LS-DYNA 軟件完成不同錨固狀態的錨桿錨固系統模型的建立,根據應力波反射法在模型建立中模擬小錘在鋼筋端頭敲擊的過程,也就需要在錨桿錨固系統模型的鋼筋頂端端面施加瞬時載荷來模擬應力波的傳播,在模型的頂端面上取點模擬傳感器采集數據,為錨固狀態的智能預測提供分析基礎。
 
2.1 有限元分析軟件 ANSYS/LS-DYNA 概述
集 LS-DYNA 顯式有限元分析程序和 ANSYS 程序的強大的前后處理功能合為一體是 ANSYS/LS-DYNA 有限元分析軟件的一大特點,對于瞬時的大形變動力學問題、多重非線性的靜態問題以及復雜的接觸碰撞等問題它可以利用LS-DYNA 的顯式求解算法快速準確地求解,這是對 ANSYS 程序功能的補充完善。使用該程序可以通過利用 ANSYS 程序來完成模型的建立過程,借助LS-DYNA 程序的功能可以完成顯式求解過程,在呈現求解結果時可以利用傳統的 ANSYS 后處理程序,如果要實現隱式(顯式)-顯式(隱式)分析的話也可以綜合利用 ANSYS 和 ANSYS/LS-DYNA,借助他們之間的聯系來完成分析求解實現轉換。
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2.2 錨桿錨固系統有限元模型的建立
有限元模型的建立過程是 ANSYS/LS-DYNA 顯示動力分析方法的一個重要環節,而且模型建立是顯示動力分析中花費的時間在整個過程中也是最多的。因此,為了能夠基于經濟性、高效性和準確性的基本原則建立模型,下面講述的就是一般在建模過程中需要考慮的基本準則:(1)客觀真實性;必須保證建立的分析模型能夠客觀反映結果系統的真實的客觀主要特征,否則將影響數值模擬結果的可靠性。因此,在流程圖的第一層所設置的綜合考慮結果特點、計算精度和計算成本完成分析方案的總體規劃這一環節是十分必要的。(2)節省時間;例如對于模型中變形結構并不重要的部分可以選擇節省 CPU時間的剛體來完成,但是需要考慮的是對剛體的彈性模量值的設置不可以選擇不切實際的很大的值。(3)單元和材料參數的設定;在建模的過程中設置單元和材料的參數時應該選擇符合實際的值,例如,在設定殼單元厚度值時不能設置不切實際的值。對材料長度、時間和特性時應該選擇自協調的單位系統。(4)盡量不選擇退化的實體單元;例如,棱柱、三角形和四面體,因為這些形狀較僵硬,影響彎曲時的效果,而應盡量選用令人滿意的立方體的磚塊單元。(5)盡可能地避免小單元;小單元往往會在很大程度使得時間步長降低,在特殊情況下選擇的話,應利用質量縮放使得極限的時間步長增加。
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第三章 基于差異演化算法的概率神經網絡的智能預測.....32
3.1 傳統的概率神經網絡.... 32
3.2 差異演化算法........ 39
3.2.1 演化算法......... 39
3.2.2 差異演化算法......... 39
3.2.3 差異演化算法框架......... 40
3.3 錨桿錨固系統狀態的智能識別.... 41
3.4 本章小結........ 50
第四章 錨桿錨固系統質量無損檢測實驗與分析.........51
4.1 實驗設計........ 51
4.2 實驗結果與分析.... 58
4.3 本章小結........ 66
第五章 結論與展望......... 67
5.1 結論........ 67
5.2 展望........ 68
 
第四章 錨桿錨固系統質量無損檢測實驗與分析
 
在第二章中介紹了錨桿錨固系統有限元模型的建立,并通過對錨桿長度的計算來判斷有限元模型的精準程度;在第三章中,利用由第二章數值模擬中產生的模擬數據進行錨桿錨固系統狀態的智能預測,達到了較為可靠的結果;然而并不能據此說明概率神經網絡和改進的概率神經網絡可以在實際工程項目中得以應用。為了證明其適用性,本章將介紹現場實驗然后根據實驗結果進行系統狀態的智能預測來驗證。
 
4.1 實驗設計
本節實驗是采用AGI-MG錨桿錨固質量無損檢測儀對完整錨桿錨固系統和缺陷錨桿錨固系統進行實驗數據的采集。該實驗的原理是根據聲頻應力波在傳播過程中遇到介質的波阻抗大小發生變化時會產生透射現象和反射現象,如果在錨桿頂端收集反射信號,就會同模擬分析一樣,根據反射信號可以判斷錨桿錨固系統的質量,可以計算錨桿錨固系統的錨桿長度、錨固長度以及缺陷的位置。錨桿錨固質量無損檢測儀 AGI-MG 可以在對錨桿桿體及支護狀態沒有任何損傷的情況下測定其錨固特征長度和注漿密實度等錨桿錨固系統質量參數,評價單體錨桿支護狀態。該儀器包括了平板電腦、無線路由器、無線數據采集儀、Chirp 信號發射器和加速度傳感器。如圖 4-1 所示。
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結論
 
隨著巖土錨固工程已在各個領域的應用越來越廣泛,而且針對其施工具有高度的隱蔽性,發現其質量問題相當困難,對于事故處理則更為困難,因此錨桿錨固系統是否處于穩定的運行狀態等一系列的質量檢測問題在錨桿錨固工程中的地位和作用也越來越廣泛。本文以錨桿錨固系統的錨固狀態的智能識別為主線,重點研究了錨桿錨固系統有限元模型的建立、試驗和概率神經網絡算法,從而達到系統狀態智能識別的效果。本文研究是基于應力波反射法,利用ANSYS/LS-DYNA 有限元分析軟件建立了不同錨固狀態的錨桿錨固系統,并對其進行分析,得到錨桿錨固系統模型的錨桿長度、錨固長度,從而確定模型建立的效果;本文基于概率神經網絡利用差異演化算法對其進行改進,利用改進算法和基本的概率神經網絡對系統的錨固狀態進行智能預測,并對其預測結果做了對比。總結起來,本文主要完成了以下工作:
(1)通過大量查閱文獻資料,分析了對錨桿錨固系統質量的重要意義,概述了錨固技術、有限元分析和概率神經網絡在國內外研究現狀及發展方向。
(2)深入學習了 ANSYS/LS-DYNA 有限元分析軟件,并利用其對完整錨桿錨固系統、過長錨桿錨固系統、欠長錨桿錨固系統和錨固中有缺陷錨桿錨固系統這四種錨固狀態的系統進行有限元模型的建立,并分析了各模型的受荷響應,計算錨桿長度、錨固長度和缺陷的位置,將計算結果與實際設計長度相對比,誤差很小,有限元模型基本達到了設計要求。
(3)介紹了概率神經網絡,并在基本概率神經網絡的基礎上利用差異演化算法對其進行了改進,對小波包分析理論進行了研究分析,利用了小波包的方法實現了對受荷響應信號分解,并對分解后的系數進行重構,應用小波包能量譜的方法,完成了信號的能量特征值提取,并轉化為特征向量作為基本概率神經網絡和基于差異演化算法的概率神經網絡的輸入,并對這兩種智能預測方法對有限元模擬模型的智能識別效果進行了對比。
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參考文獻(略)
 

優秀工程碩士論文范文篇二

 
第一章 緒論
 
1.1 引言
水利水電工程中,水庫庫岸滑坡時有發生,滑坡涌浪是涌浪中的一種,它的波前間斷性使其具有很大的破壞性。滑坡、崩塌體落入江河之中激起的巨大涌浪,產生極大的橫向流速,形成局部回流和倒流,不僅能夠推翻或擊沉水中船只,造成人身傷亡和經濟損失,而且可以使水標、岸標、整治建筑物、港口及航道設施受損,惡化航道水流條件;落入水中的土石有時形成激流險灘、堵塞航道,威脅過往船只、影響或中斷航運[1]。1982 年長江雞扒子 1000 萬立方米大滑坡,180 萬方的泥石滑坡墜入長江,把600 多米長的深水河槽填高 30 余米,使枯水期的過水斷面由 2700 平方米縮小到320 平方米,最大流速增至 7.5 米/秒,局部水面比降達到 10.4‰,船舶航行十分困難;1992 年 4 月 30 日,烏江上邊灘左岸雞冠嶺發生大面積大方量滑坡巖崩自然災害,烏江上邊灘巖崩總方量約 530 萬立方米,其中傾入河道約 86 萬立方米,形成兩個巖崩堆積體,其順流方向總長 320 m,河道中斷。這些還使我國的水運、鐵路、水庫和電站等受到嚴重威脅。更為著名的是 1961 年 10 月發生于意大利瓦依昂水庫左岸 2.4×108m3 的巨大滑坡,飛速滑入庫區后,激起 250m 巨浪,涌浪傳至 1.4km的壩址時,立波仍高達 70m,造成震驚世界的瓦依昂水庫失事事件,這一事件除使經濟上蒙受重大損失外,還殘酷地奪走了 3000 多人的生命。為世人特別是工程界人士所銘記。為盡量減少滑坡對航運的影響,2010 年 11 月 12 日,交通運輸部組織長江航道局等有關單位在巫山成功舉行了三峽庫區山體滑坡水上應急演習,切實加強對山體滑坡等地質災害事故險情的預防和快速反應工作,提高應急處置能力,確保在水上人民生命財產安全和通航環境受到威脅時能做出快速反應并組織有效救助,以避免或減少人命傷亡。
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1.2 依托工程
萬州港江南沱口集裝箱碼頭工程是本項目研究的依托工程,為項目研究采集相關數據資料并進行現場測試。江南沱口作業區重點發展集裝箱運輸,主要為萬州、梁平、墊江和四川達州、開江和湖北利川等縣市提供運輸服務。本作業區位于長江右岸,距宜昌航道里程 336.5 千米~335.7 千米,規劃港口岸線長 555 米,已建江南沱口集裝箱碼頭一期工程利用岸線 230 米,集裝箱碼頭二期工程規劃利用岸線 325 米。已建江南沱口集裝箱碼頭一期工程有 2 個集裝箱泊位,通過能力28 萬 TEU,碼頭水工建筑物主要包括碼頭結構、護岸工程、陸域形成擋墻三大部分組成,其碼頭結構采用全直樁框架梁板結構。設計高低水位差 30 米。碼頭結構平臺長 253 米,寬 30 米。三峽水庫建成后,萬州段水深加大數十米,水面有不同程度的拓寬,受蓄水淹沒浸沒的作用和三峽水位大變幅的影響,該河段大量涉水滑坡和崩塌更易發生,如有大型崩塌滑坡發生,將有礙航可能,其形成的涌浪對通航條件、港航工程和船舶安全航行造成極為不利的影響。2002 年,國務院批準了《三峽庫區地質災害防治總體規劃》。截止 2011 年 1 月重慶市三峽庫區三期地質災害防治工作已基本完成,四期地質災害防治工作目前已經在做前期工作,擬在四期地質災害防治工作期間實施水位頻繁變化下滑坡涌浪影響下的航道及港口相關工程。從依托工程的施工進度計劃來看,工程進度與本項目科研進度是緊密配合的,依托工程可以為本項目研究采集相關數據資料并進行現場測試,研究成果可及時地指導整治工程和港口工程建設,同時根據依托工程的效果觀測資料進行研究成果的檢驗,總結存在的問題,提出改進方法。總的來說,本項目研究與依托工程的進度是吻合的,通過實際工程的運用,與研究成果互相對比,既能達到研究目標,又能為依托工程提供技術支撐。
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第二章 概化模型試驗設計及試驗內容
 
2.1 模型比尺的確定
長江三峽庫區萬州港江南沱口集裝箱碼頭段,上起航道里程 336km,下至航道里程 330km,長約 6km。三峽庫區常年水位為 145m、155m、175m,依托工程庫區段河床平均高程為 93.2m。本試驗滑坡位于長江左岸。由于場地及經費的限制,也考慮到試驗的方便性及操作性,選取模型比尺為 70 比較理想,可得:
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2.2 滑坡涌浪試驗控制參數的確定及方案的設計
在滑坡體滑入水體后,固體與液體就會產生能量的交換,滑體的能量傳給水體產生涌浪。在此過程中影響能量交換的因素包括滑體體積、滑體密度、下滑角度、滑體結構、庫區水深、滑體與水面位置等。在滑坡體下滑過程中,滑坡體與水體接觸開始,滑坡體不斷把勢能傳遞給水體,水體根據得到能量的多少和得到能量的快慢會產生形態、周期、波高不同的涌浪,涌浪的衰減與產生的爬高也會不一樣。滑體體積與滑體能量密切相關,長、寬、高是決定體積的三個因素,根據滑坡的大量資料,統計分析后發現滑坡體寬厚比有一定的規律,考慮到試驗操作的方便性和試驗條件的限制,選取三組不同的滑體寬度值和滑體厚度值,把滑坡體的長定為 1m,具體尺寸的選取如表 2-1。滑坡體結構不是單一的,在滑體內部存在不同大小的裂隙,內部由多種不同結構面構成,在結構面之間存在裂隙,所以巖體結構是散體化的,根據裂隙大小、排列、組合程度不同,散體化程度不同。因此,在試驗模型中滑坡體不能是單一的整塊,這樣與滑坡散體、散落、分裂情況不符,為了更好的模擬出滑坡,必須把滑坡體散體化。在操作中,制作出 5 種小塊體,體積從小到大依次編號是:V1、V2、V3、V4、V5,長寬厚之比都為:1:0.667:0.333,然后由這 5 種小塊體進行不同的排列和組合,具體的小塊體及組合排列見下表 2-2。
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第三章 凹岸巖體滑坡涌浪特性....22
3.1 滑坡涌浪特征.........22
3.1.1 初始涌浪特征.........22
3.1.2 沿程涌浪的特征.....27
3.2 滑坡初始涌浪首浪高度分析.....30
3.3 滑坡涌浪的傳播及衰減規律.....38
3.4 滑坡涌浪的爬高分析研究.........45
3.5 小結.....53
第四章 彎曲河道水庫凹岸、凸岸滑坡涌浪特性對比研究.........55
4.1 凹、凸岸滑坡涌浪試驗模型布置對比.........55
4.2 凹、凸異岸滑坡涌浪試驗涌浪的特性對比...........57
4.2.1 初始涌浪波浪特征對比。.........57
4.2.2 沿程涌浪波浪特征對比.............60
4.2.3 初始涌浪首浪高度對比.............65
4.3 凹、凸岸滑坡涌浪傳播及衰減規律對比.....70
4.4 凹、凸岸滑坡涌浪試驗爬高對比.......74
4.5 小結.....80
第五章 總結及展望....82
5.1 主要成果.......82
5.2 后續展望.......83
 
第四章 彎曲河道水庫凹、凸異岸滑坡涌浪特性對比研究
 
在以上章節中,滑坡體從凹岸下滑,研究了凹岸滑坡涌浪的特性。重慶交通大學研究課題小組已對凸岸滑坡涌浪特性[46]進行過研究,本章就是將已研究過的凸岸滑坡涌浪特性與本章凹岸滑坡涌浪特性進行對比,通過對比分析找出凹凸岸涌浪特性的異同,使彎曲河道型水庫滑坡涌浪特性研究更加完善,對以后滑坡涌浪的設計、計算起到一定的參考作用。
 
4.1 凹、凸岸滑坡涌浪試驗模型布置對比
在凹岸、凸岸滑坡模型設計、測點布置、數據測量等方面存在相同與不同之處,本節從各方面進行對比。(1)模型比尺凹凸岸滑坡中幾何比尺都為70l? ?,由幾何比尺可以算出滑坡體面積、體積、比重、速度、時間、質量、力的比尺;波浪的高度、周期、速度、波長等的比尺。(2)影響因素凹凸岸滑坡中具有相同的影響因素,具體如下:滑體寬度,根據發生的滑坡資料的搜集與統計分析,為了試驗的操作性和方便性選取寬度為三種:0.5m、1.0m、1.5m。滑體厚度,根據發生的滑坡資料的搜集與統計分析,把滑坡體的厚度選取三種:0.2m、0.4m、0.6m。滑體長度,為了試驗的可操控性把滑坡體的長度都統一為 1m。庫區水深,在三峽庫區,常年的水位高程有三種:145m、155m、175m,河床水位高程取平均值 93.2m,根據幾何比尺70l? ?可以算出模型中分別對應水深為:0.74m、0.88m、1.16m。
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結論
 
在對三峽庫區滑坡資料的搜集、統計、分析的基礎上,把三峽庫區萬州港江南沱口集裝箱碼頭段作為依托工程,對庫區凹岸滑坡涌浪進行實驗室模擬,運用物理模型試驗和理論分析相結合的技術手段分別對初始涌浪、沿程涌浪、涌浪的衰減、爬高等涌浪特性進行研究,擬合出相應的經驗計算公式。然后將凹岸滑坡涌浪特性與凸岸滑坡涌浪特性對比,找出凹、凸兩岸涌浪特性的異同。在本文中取得的主要研究成果有:
(1)以三峽庫區萬州港江南沱口集裝箱碼頭段為依托工程,通過資料的搜集、統計、分析,歸納總結已發生滑坡的特征,將模型比尺確定為 1:70,將庫區水深、滑體厚度、滑體寬度、滑體下滑角度確定為滑坡涌浪的控制參數,設計了 81 組試驗工況。
(2)初始涌浪是振蕩波和推移波合成的復雜波。初始涌浪的最大波高出現在第一個波;用跨零點法推分析模型的波高最大值在 2.33-14.73cm 之間、平均值8.44cm,周期最大值在 0.3-7.76s 之間,平均值為 1.56s。
(3)沿程涌浪包括原始波和合成波,傳播中不斷的發生反射疊加與衰減。經過分析把水庫模型區域分成四個部分:直道區域、彎道區域、過彎道區域和直道遠端區域。每個區域內涌浪最大波高都出現在第二個或第三個波上,都不是出現在第一個波上。簡單揭示了沿程涌浪傳播規律。
(4)分析首浪高度影響因素時,得出各因素對首浪高度的影響力由大到小依次為:滑體寬度,下滑角度,滑體厚度,庫區水深。通過控制參數的無量綱化和多元回歸分析,給出了不同區域內首浪高度的經驗計算公式。
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參考文獻(略)
 

優秀工程碩士論文范文篇三

 
第 1 章  緒論
 
1.1 配電網系統的組成及特點
配電網系統直接為廣大用戶提供電能,主要由變電站、配電柜、開關柜、斷路器、各類饋線等電力設備組成。按電壓級別不同,配電網系統又分為高壓系統、中壓系統、低壓系統,它們的電壓級別一般在110KV以下,由于配電網直接與廣大用戶連接,所以它的穩定性、安全性、經濟性及供電質量對廣大民眾產生巨大影響。隨著國民經濟的不斷提高,人民的物質需求也不斷提高,從而對電能生產者也提出更高要求,因此,配電網的配電質量在電力系統中顯示出日趨重要的地位[1]。 配電網與輸電網在設備參數、布局、負荷或電源類型等方面都有很大的差別。配電網的主要特點如下: (1)配電網常采用閉環方式設計,而以開環方式運行,以提高整個系統可靠性; (2)配電網設備種類較多,并且各個設備間有大批分段開關或聯絡開關,因此結構非常復雜; (3)配電網送電線路不但長而且岔路較多,因此在每個用戶端大多情況運行電壓偏低,并且線路耗損巨大; (4)配電網的負荷時而接入,時而斷開,極不穩定,再加上各類小型電源、大型負載的分散接入,這種不確定因素的隨機波動對供電質量造成很大影響而且無法避免。 在大量配電系統優化運行方法中,配電網重構脫穎而出,顯示出其巨大的優越性。由于它在不需要大量硬件投資條件下,能夠極大地提高整個系統的可靠性、經濟性。
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1.2 課題研究意義
配電網重構即在保證供電可靠性、配電網開環運行、電壓損耗要求、各支路容量約束等的條件下,改變系統中某些分段開關和聯絡開關的開合狀態,從而調整了整個配電網結構,影響各個支路的潮流分布,以達到改善電壓波形,均衡各節點負荷,最終降低整個網絡運行損耗的目的,得到整個系統的最優運行開關組合方案。配電網重構在配電系統優化運行中的幾個重要表現形式[2]:配電系統是整個電力系統重要組成部分,而配電網線路損耗在某些地區占整個系統損耗比例的50%~70%,所以減小配電線路上的有功損耗,提高配電網運行的經濟性。配電網饋線數目多且負荷不確定地隨機波動,各個節點上負荷分布有時可能極不均勻,某些節點過載,某些節點輕載,造成某些線路上設備損壞,從而引起大面積停電影響生產、生活。利用配電網重構對各節點負荷進行調節,消除線路過載情況,減小各用戶端電壓降低,改善電能質量。 
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第 2 章  配電網重構的基礎知識 
 
配電網絡由許多的輻射狀饋線構成,它的根節點與輸電網直接連接,網絡重構過程中將根節點看作整個配電網的電源端。配電網一般采用閉環方式設計,而以開環方式運行,整體結構相對簡單,但饋線數目巨大,所接入各類電力設備數量大,種類繁多。為了進行配電網重構,首先需要分析網絡結構,確定拓撲狀態,以便進行潮流計算;其次需選擇配電網潮流計算的方式及靜態重構的算法,以便進行靜態重構并且在此基礎上研究動態重構。 
 
2.1 配電網的拓撲結構分析
本文在研究靜態重構時以網絡損耗量最小為目標函數,研究動態重構時以整個時間段內運行費用最低為目標函數,探究配電網改變網絡結構對整個網絡損耗或運行費用的影響。整個重構過程中,不同的網絡結構造成網絡損耗量和開關動作次數不同,進而運行費用相差較大。因此,必須確定網絡的開關狀態,即通過對網絡拓撲分析建立其數學模型。通過這個數學模型存儲配電網的節點、支路信息,同時反映網絡的運行結構,如此使得重構時仿真計算更方便。由于拓撲分析可以很方便得到網絡結構,而且不同的拓撲分析方法直接影響重構計算的實時性,所以它是整個重構過程中的關鍵環節之一。
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2.2 配電網潮流計算
配電網與輸電網對比,發現其支路繁多,節點數目巨大,負荷類型各異,結構龐大。由于其自身特點,使得廣泛應用于輸電網的傳統潮流計算方法不能直接用于配電網的潮流計算。配電網自身特點簡要如下: (1)配電網線路電阻與電感比值相對不大,因此無法對牛頓法進行解耦。然而大多數配電網線路都有此特點,即便把傳統潮流算法改進,結果仍然不能有效解決此問題[45]。 (2)配電網由于自身特點,易發生短路或斷線故障,三相負荷隨機波動不均衡,造成三相無法對稱。而傳統潮流算法不能很好解決不對稱問題。 (3)配電網節點多,支路雜,岔路多,運用傳統潮流算法時計算量太大,實時性較差。如上所述,傳統潮流算法無法直接在配電網潮流計算中應用,由于現實的需求,如今專用于配電網潮流計算的算法應運而生,大致可以分為三類:第一類稱為母線類算法[4 6],主要包括母線功率算法[ 46]、母線電流算法[46]、支路電流算法[46]和支路功率算法[46 ]等等;第二類稱為支路類算法[47],主要包括前推回代算法[48-50]、相分量算法[4 8 -50]等等;第三類稱為改進牛頓類算法,主要包括改進高斯算法[51]、改進PQ算法[52]、改進牛頓算法[ 5 3 ]等等。
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第 3 章  采用群搜索算法進行配電網靜態重構 ........ 20 
3.1 配電網靜態重構的數學模型 ........ 20
3.2 配電網靜態重構的算法實現 ........ 20 
3.2.1 發現者局部尋優 .......... 20 
3.2.2 加入者追隨搜索 .......... 21 
3.2.3 游弋者隨機搜索 .......... 21 
3.2.4 算法步驟 ...... 22 
3.3 開關編碼方式 ....... 23 
3.4 算例仿真 ....... 24 
3.5 本章小結 ....... 26 
第 4 章  采用群搜索算法的配電網動態重構 .... 27 
4.1 配電網動態重構復雜性分析 ........ 27 
4.2 配電網動態重構的整體求解思路 ......... 27 
4.3 配電網動態重構的數學模型 ........ 28 
4.4 配電網動態重構的算法實現過程 ......... 29 
4.4.1 動態重構區間的確定 ........... 29 
4.4.2 開關約束處理 ...... 31 
4.5 算法實現 ....... 31 
4.6 算例仿真 ....... 32
4.7 本章小結 ....... 35   
 
第 4 章  采用群搜索算法的配電網動態重構 
 
4.1 配電網動態重構復雜性分析
配電網動態重構的復雜性主要表現在三方面:第一,在整個時段上幾次動態重構區間如何劃分的復雜性;第二,在整個時段上幾次重構方案不僅要受到單個開關動作次數的約束還要受到總的開關動作次數約束,即多重開關約束處理的復雜性;第三,在整個時段上如何把區間劃分和多重開關約束處理有機結合起來,最終達到在整個時段上的既定目標函數最優的復雜性。這三方面特性具體分析如下: (1)重構區間劃分的復雜性。由第 3章的靜態重構過程可知,當負荷恒定不變或在某個時刻點情況下,我們可以求解出整個網絡的最優結構,然而動態重構過程中,負荷不斷隨機波動變化,不可能求解出滿足各個時刻點的最優結構,但可以把某個負荷波動較小時段近似靜態重構,即在這個時段上既定目標函數最優,以此類推,就可以把大時段分為小區間進行重構尋優。現實中,重構次數受到限制,而且上個區間的最優結構不一定適合下個區間,這就需要在每個區間上尋求一組較優結構,各個區間相互配合,給最終在整個時段上尋優提供尋優空間,從而在這個空間中搜索整個時段上既定目標函數的最優組合方案。因此重構區間應經過兩次劃分來確定。 (2)多重開關約束處理的復雜性。動態重構需要進行多次開關倒閘操作,而單個開關一定時間內動作次數過多,其壽命直線下降,總開關動作次數過多,系統穩定性下降,實際電網運行中,單個開關和總開關次數都有一定限制,超過限定值可能得不償失。因此,本文把開關動作次數約束作為目標函數的約束條件并且把開關倒閘一次折算成相應費用放入目標函數中。 (3)兩者有機結合的復雜性。確定重構區間后,在各個區間內選擇的重構方案不僅需要考慮開關約束,還需要各個重構間相互配合。這就需要把兩者結合起來同時考慮,在滿足開關約束前提下,以達到既定目標在整個時段上最優。本文同時把階梯式電價加入目標函數,以求此所提方案的實用性更強。
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總結 
 
本文通過對配電網重構的國內外現狀和必要性進行深入分析,采用群搜索算法對配電網進行靜態重構,并再此基礎上提出一種不依賴于負荷預測曲線的配電網動態重構策略,通過配電網標準算例驗證了其的可行性。主要工作有以下幾個方面:
(1)配電網重構問題分析、探究。本文在緒論中詳細分析了配電網的組成、結構特點及配電網重構的必要性,同時指出配電網重構的實質和深入研究分析了目前配電網重構的分類及相應的各類算法的優缺點。在第二章中結合配電網自身結構特點選擇潮流計算方法和靜態重構算法,首先全面分析了配電網饋線結構、運行方式、拓撲結構,通過分析比對選擇前推回代算法作為本文潮流計算方法;其次,詳細介紹了群搜索算法的原理、特點、數學模型、尋優流程等,結合其它算法的優點,對群搜索算法進行多方面改進及研究。最后,分析了動態重構和靜態重構各自特點,明確兩者的定義及差別和聯系。這些基礎工作為配電網的靜態和動態重構打下堅實基礎。 
(2)配電網靜態重構。基于前面的基礎工作,本文首先構造了以有功網絡損耗最小的配電網靜態重構數學模型,并對支路電流、容量和節點電壓設置了不等約束條件,以保證配電網優質、經濟運行;其次,對群搜索算法的尋優步驟及具體用于配電網重構中的尋優流程詳加說明;最后,分別對規模相差成倍的兩個標準算例進行基于群搜索算法的靜態重構,并且把重構前后結果與參考文獻結果對比,證明所提方法對配電網降低線路損耗,提高節點電壓有顯著作用。在靜態重構強力支撐下,把所提方法進一步運用于配電網動態重構中。
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參考文獻(略)  
 

優秀工程碩士論文范文篇四

 
第1章 緒論  
 
1.1 研究背景
隨著現今電力電子產品日益增多,電力終端用戶對電能質量的要求也隨之提高,但是接入電網的用電負荷種類繁多,電力系統結構日益復雜,所以提高電能質量成為輸配電領域長期的論題。保持用戶電壓恒定是優質電能質量的要求,但是隨著電力變壓器、交流電抗器以及交流電動機等大量感性用電負荷接入電網,當這些感性電力負載啟動時將會從電網中吸收大量無功功率,導致電網輸出電壓波動,產生諧波[1-6]等問題。 電力電子裝置以及沖擊性無功負載(軋鋼機、異步電機)都需要從電網中吸收大量的無功功率,大量無功電流的流動會使得輸電線路產生較大的壓降。如果沒有適當的無功補償措施,會導致電網電壓波動,影響系統穩定。 電力電子裝置產生諧波危害,諧波影響到電力系統和用電設備的正常運行,使得用電設備遭受到額外的諧波損耗,不僅減少用電設備的使用壽命,還會降低其工作效率進而影響到電力系統輸配電效率;諧波危害還包括使得電機、變壓器等重要電氣設備噪聲過大、機械振動增強、機體過熱以及電容器和電纜等元件的絕緣性能降低等問題;此外諧波還會引起電力網絡中的串聯諧振、并聯諧振現象[7-8],從而放大諧波的危害,嚴重影響到電力系統的穩定性。總體概括,無功功率補償裝置的作用體現在以下幾個方面:(1)提高電力系統網絡和接入電力網絡的用電負荷的功率因數,減少無功功率在網側與負載之間的傳遞,以此降低用電設備額定容量;(2)穩定電網輸出電壓,減少用電終端的電壓跳動,提高供電質量;(3)使三相的有功功率和無功功率負載平衡,由于無功功率補償裝置可以對負載電信號中的負序電流分量進行補償,且配合合理的繞線形式隔斷零序電流的通路,以此達到平衡用功功率和無功功率負載的效果[9-11]。 而無功補償裝置基本原理是通過把容性設備和感性負載并聯使用,是的無功功率的傳遞轉換大多發生在這兩種負載的通路之間,達到減少無功功率經過電網傳遞的頻率。  圖 1.1 闡釋了容性設備對感性負載進行無功補償的原理和過程。 
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1.2 研究現狀
在電壓源型 STATCOM 的拓撲結構中,目前常見的 STATCOM 的拓撲結構式是多電平電壓源型的逆變器。若無功補償裝置為電壓源型逆變器,則需要在并入電網前各相的出線串接電感;獲得多電平可以通過不同的拓撲結構,且每種拓撲結構都有其對應的調制方式,使得逆變器輸出量達到或者近似達到指令值。 在中高壓大功率的系統中利用 6 組功率開關器件,且每個功率開關器件反并聯二極管后組成的逆變器電路,即為兩電平逆變器,如圖 1.5 所示。現代靜止無功補償器的逆變器電路中,采用大功率開關器件(IGBT,GTO)當做橋臂通斷開關,以此滿足電力系統大功率的要求。但是 IGBT 器件沒有很高的耐壓等級,且 IGBT是高速器件難以控制其串聯使用,同時為減少兩電平電路中因較高的 du/dt 而導致波形的畸變,1980 年日本長崗科技大學在 IAS 年會上提出了三電平逆變器的理念,此后多電平逆變器大量投入到電力系統中。H 橋級聯型逆變電路、中點鉗位型(NPC)逆變電路和飛跨電容型逆變電路都典型的三電平逆變器結構,此后演變得到的混合級聯型結構也是常見的拓撲。  
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第 2 章  FFSVM 調制法在級聯 STATCOM 中的應用 
 
2.1 FFSVM 算法介紹 
H 橋級聯型靜止無功補償器(STATCOM),能夠以耐壓值較低的高頻功率開關器件滿足大中型電壓網絡的需求。然而級聯各單元直流側電壓不平衡會導致輸出電壓的畸變,產生注入電力網絡的諧波,因而成為級聯型 STATCOM 工程中的一個重難點。 早期解決直流電壓不平衡的一種方法是采用外加硬件電路。該方法雖然不增加控制復雜性,但是其附加電路及其控制電路會導致裝置體積增大和成本增加。從控制角度出發解決直流電壓不平衡問題的方法有交換觸發脈沖平衡級聯模塊導通時間,以及改變 H 橋模塊移相法控制法[31],但前者不適用于多 H 橋模塊拓撲結構,后者計算復雜且調整效果不明顯。近年來研究較多的直流側電容電壓三級平衡控制法[32-33]也是一類常見的控制策略,又分為兩種方法:其一是基于正序、負序電流的分離解耦控制的通用型三級直流母線均壓控制方法,但其運算過程較為復雜,且零序電壓會對直流母線電壓造成影響;第二種方法在三級控制策略的每個階段中分別加上比例諧振環節、自抗擾控制器以及移動各個功率單元調制波的環節。功率均衡控制策略[34]和 STATCOM 能量變換分析法[35]也是常被采用的控制策略。文獻[36]提出一種單相單個電壓平衡策略(IVBS),該方法基于瞬時理論,結合 d-q 軸變換,計算過程簡單,達到在只改變 d 軸有功分量的前提下,各單元無功分量穩定的目的,但是該方法在每個單元前都加上了直流母線電壓控制器,使得控制器結構復雜。這些方法都是將直流電壓均衡的控制目標附加到系統控制算法之中,因此會增加系統控制算法復雜度。 H 橋級聯型 STATCOM 常常采用簡單易行的基于載波的調制方法(包括載波移相調制法(PS-PWM)、載波移幅調制法(LS-PWM)[37-39]以及多電平空間矢量調制法(SVM)[40],但是它們都以直流電壓平衡為假設條件。當直流電壓明顯不平衡或者出現波動時,它們的輸出波形質量會明顯下降。為此,出現了在這些基本調制方法中引入直流電壓前饋以改善輸出波形直流的做法。文獻[41]將直流電壓前饋引入 PS-PWM 和 LS-PWM 的調制中,直接調節載波以消除逆變器輸出電壓中的二倍頻分量。文獻[42]在三電平中點鉗位型逆變器中,采用中性點直流電壓前饋調制法,削弱中性點電壓紋波對輸出電壓的影響,獲得無畸變的輸出電壓波形。
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2.2  與其它算法的比較 
階梯波脈沖寬度調制策略、特定次諧波消除調制調制、傳統多電平空間電壓矢量調制策略、載波移相脈沖寬度調制策略等,都是常用于多電平大功率換流器拓撲結構中的調制策略。常規空間矢量調制策略運用在 H 橋級聯型多電平逆變器結構中時,因為逆變器中單個 H 橋模塊輸出的相電壓為三電平,所以每個 H 橋單元可以提供 4 種不同的開關狀態量進行組合。由于每相擁有 4 個開關狀態量,則 H橋級聯型三電平逆變器總共有 64(43=64)種開關狀態量。若逆變器各相的輸出電壓分別為 Ua、Ub、Uc,根據公式(2-3)可得到在傳統坐標系下的空間矢量分布圖,如圖 2.6 所示,且三電平級聯型 H 橋逆變器所有的 64 個開關狀態量,對應與空間矢量分布圖中的 19 個電壓矢量[43-44]。其中把位于內部中心六邊形各頂點的矢量定義為小矢量,把位于外部的六邊形各頂點的矢量定義為大矢量,把位于相鄰兩個大矢量中點的矢量定義為中矢量,位于空間矢量分布圖正中心的稱為零矢量。由于自身具有數量較多的開關狀態量所對應的電壓矢量,所以在單元直流電壓均衡調制階段的時序較長、段數較多,且還要考慮零矢量與小矢量所對應的開關狀態量,以及中矢量和大矢量所對應的開關狀態量對三相逆變器直流電壓的影響,增大了調制算法過程復雜程度。 
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第 3 章  FFSVM 在三相兩單元拓撲中的應用 ......... 33 
3.1  調制算法說明.......... 34 
3.2  仿真過程與模型搭建 ....... 34 
第 4 章  仿真結果驗證........... 38 
4.1 FFSVM 對直流電壓不平衡的抑制能力 ..... 38 
4.2  輸出波形質量比較 ........... 40 
4.2.1  直流電壓不平衡的情況 .......... 40 
4.2.2  直流電壓平衡情況 ......... 41 
4.3  三相兩單元 H 橋級聯型仿真驗證 .... 42 
4.3.1  逆變器輸出電壓波形及分析 ........... 44 
4.3.2 FFSVM 對直流電壓不平衡的抑制能力 ............ 49 
第 5 章  結論 ........ 56 
 
第 4 章  仿真結果驗證 
 
為了驗證帶有直流電壓前饋的空間矢量調制算法(FFSVM)對單元直流電壓不平衡的適用性及其控制直流電壓收斂的有效性,本文按照圖 2.2 所示的單相 220V兩單元級聯的 STATCOM 并網系統,在 Matlab/Simulink 中建立仿真模型,并與相移脈沖寬度調制法(PS-PWM)對比。兩種調制方法的仿真其系統控制方法一致,只是所采用的調制方法不同。  
 
4.1 FFSVM 對直流電壓不平衡的抑制能力 
首先,在兩個單元直流電壓初始值、直流側等效負載電阻值均不同的條件下,將 FFSVM 與 PS-PWM 兩種調制方法對比。FFSVM 的仿真控制框圖如圖 4.1 所示。 仿真參數如見表 4.1,FFSVM 與 PS-PWM 的仿真結果分別如圖 4.2、4.3 所示。單元一的直流電壓初值與直流側電阻值均高于單元二。仿真過程中的前 0.05s只有電網電壓前饋和電感電流反饋投入,總的直流電壓 PI 控制在 0.05s 時開始投入,其作用是控制單元直流電壓平均值為 170V 的指令值。無功電流指令在 0.15s加入到系統電流參考值中。圖 4.2(a)和圖 4.3(a)的輸出電壓、電流波形顯示了這個仿真過程,圖 4.2(b)和圖 4.3(b)分別給出了采用 FFSVM 策略和 PS-PWM的兩個單元的直流電壓波形。在前 0.05s,圖 4.2(b)中兩個單元的直流電壓差由初始的 10V 減小到了 7V,而圖 4.3(b)中兩個單元的直流電壓差則增大到了 12V。從 0.05s 開始,在 PI 控制使得直流電壓平均值達到指令值 170V 的過程中,圖 4.2(b)中兩個單元的直流電壓差值迅速縮小直至基本一致,并且在 0.15s 開始輸出無功電流之后仍然保持了一致;而圖 4.3(b)中兩個單元的直流電壓差距一直較大,并且呈現逐漸發散的趨勢,這是由于 PS-PWM 方法本身不具有抑制直流電壓不平衡的能力,并且兩個單元的直流側阻抗也不同。可見 FFSVM 具有明確的抑制直流電壓不平衡的作用。  
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結論 
 
本文針對級聯 STATCOM 所存在的直流電壓均衡控制的問題,以一個單相兩單元級聯的 STATCOM 為例,描述了前饋空間矢量調制(FFSVM)法的算法及其抑制直流電壓不平衡的方法。這種方法以實時檢測的各單元直流電壓和輸出電流的方向為依據,能夠在直流電壓不平衡的情況下獲得高質量的輸出電壓波形,同時利用各單元輸出電流串聯的結構特點控制單元直流電壓的平衡,可以應用于級聯型 STATCOM。 利用級聯 H 橋型單相兩單元 STATCOM 系統,通過在直流電壓初始值和直流側等效負載都不均衡的條件下,進行 FFSVM 和 PS-PWM 兩種調制模式的仿真。結果表明,與 PS-PWM 調制策略相比較,FFSVM 策略不僅具有在直流電壓不均衡的環境中,使得逆變器輸出優質電壓波形、電壓波形畸變率(THD)小的能力,同時還具有平衡相內單元直流電壓的能力,表現出 FFSVM 調制策略對于直流電壓不平衡的 H 橋級聯 STATCOM 系統的適應性。 在級聯 H 橋型三相兩單元 STATCOM 系統中,同樣采用 FFSVM 和 PS-PWM兩種控制策略進行比較,結果表明對于三相系統,FFSVM 調制策略依舊可以很好地適應單元直流電壓不均衡的環境,且能夠收斂各單元直流電壓不平衡的趨勢,但是逆變器輸出電壓波形諧波畸變率(THD)較 PS-PWM 略高,且隨著無功電流指令值的增加,諧波畸變率下降程度微小;PS-PWM 調制策略運用于三相系統中時具有使得逆變器輸出電壓諧波畸變率低的特點,然而無法自動使得單元直流電壓收斂到一致,必須額外增加針對直流電壓均衡的控制。這將使得控制系統變得更復雜。 利用FFSVM控制策略可以很好地適應級聯型STATCOM直流電壓不平衡的情況,在有一定的輸出電流時,可以使得單元直流電壓的差值快速收斂,并能使逆變器輸出較為良好的波形。
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參考文獻(略) 
 

優秀工程碩士論文范文篇五

 
第一章緒論 
 
1.1 研究的目的及意義 
水資源可持續利用是實現人類社會可持續發展的基本條件。人類對水資源的需求量正隨著社會發展、人口增長等因素增加,可利用水資源卻因嚴重的水污染等而漸漸減少,加之人們對水資源是取之不盡的錯誤認識造成的水資源浪費,引發出水資源中世界范圍的戰略性問題——供需矛盾(劉昌明  2002;  劉昌明和王紅瑞  2003),也是當今世界最受關注的焦點問題之一。 我國淡水資源總量居世界第六位,但人均占有量較低。我國農業、生活、工業用水量正因人口增長、社會經濟發展、工業規模及農業規模擴大等因素日益增加,導致水資源的開發利用程度和水資源的保護壓力愈來愈大 (賈紹鳳等  2004;  閔慶文  2004;  楊全明等  2005),加上近年水體污染的進一步惡化,使得水資源可利用量越來越少,導致許多地區出現缺水和斷水的現象,水資源問題越來越突出。中國科學院預測我國人均水資源量在本世紀 30 年代將因人口增長至 15 億左右而減少至 1800 m3,屆時,水資源供需端的矛盾會更加突出。 涇惠渠灌區作為陜西省的大型灌區,為陜西經濟的騰飛作出了巨大的貢獻,被譽為關中“白菜心”。其灌溉歷史悠久,農業生產水平較高,糧食平均產量保持在 760kg 左右,雖然耕地面積僅占全省耕地面積的 2.5%,但糧食總產量卻占全省糧食總產量的 5.8%。 涇惠渠灌區由涇河張家山自流引水,涇河是其主要水源。涇河屬雨洪式多泥沙河流,其徑流時空分布不均勻,豐枯變差大,汛期主要補給是降水,河水含沙量大,枯水期河水含沙量小,主要補給是地下水,在 7~9 月的夏灌期,大流量、高含沙同步出現。灌區的地下水主要是埋深在 10 m~30 m 之間、礦化度在 1~3 g/L 之間的潛水,其 PH 值 7.8,且絕大部分(80%)是重碳酸鹽水,適作農業灌溉用水(劉平平  2014)。近年,渠首引水量逐年減少,主要原因如下:近年涇河年徑流量總體減少了;涇河來水的含沙量高,利用率很低;涇河來水時段跟灌區農作物需水時段不同步,加之灌區渠首樞紐調蓄能力低,導致涇河徑流大量。這樣使得灌區地表水資源滿足不了灌區農業需水,加上灌區生活用水戶和工業用水戶均存在一定程度的缺水,致使灌區地下水嚴重超采,由此可見灌區供需矛盾問題之尖銳。
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1.2  國內外研究進展
隨著人類社會的發展,水資源需求量越來越大,水資源可利用量卻因人為的污染等因素越來越少,加之人們居住位置與水資源分布的不相稱,需求量大的地區淡水資源少,使得各地水資源供需矛盾問題很是尖銳,制約著當地社會經濟的發展,是全世界共同存在的問題。 聯合國從 20 世紀 80 年代到現在,多次在水資源大會指出水資源危機的情形以警醒全世界(馮寶平等  2006),國際水與環境會議于 1992 年 1 月在柏林召開,會議中強調了水對于環境與發展的重要性,明確了處理好水問題是 21 世紀的發展的關鍵(Gotot  and WTD  1989)。馬哈茂德阿布扎依德(世界水文理事會主席)曾預測全世界 66 個國家在2050 年的缺水狀況將達到嚴重缺水,這些國家的人口總量占了全世界的 2/3(何希吾 1998)。全世界 21 世紀的發展“一看人,二看水”的觀點也多次被一些專家提出,由此可見,左右 21 世紀可持續發展的重要因素之一就是能否實現水資源可持續利用(Juanico M and Friedler E 1998;  呂宏興等  2002)。為之,聯合國于年起,將每年的月日定為“世界水日”以警醒全人類增強水的危機感,增強珍惜、愛護及合理開發利用水資源的意識(Ssthi L Net al. 2006)。因此,切實并及時地解決好各地水資源供需矛盾,實屬刻不容緩(Kanarek A and Michail M 1996)。 世界各國及很多學者為緩解世界水資源緊張的情勢做了很多關于水資源的研究,并根據當地情形提出了一定的緩解對策(武春莉  2012)。Jardor(2004)等研究了城市水資源的承載力,并指出城市的發展規劃應考慮城市水資源的承載力,此研究只是從供水角度;Harris(2007)將農業生產區域水資源作為衡量區域發展潛力的一項標準,對其進行了一定深度的研究。(托婭  2006)。法國、加拿大、美國等國家把水資源的管理納入法制軌道,建立了完備的取水許可或水權登記制度(Gleiek P H 2003)。以色列建國初期就制定了一系列水資源相關法。實行地下水和地表水的聯合調度、統一分配及開發利用水資源必須經過政府批準的取水許可證制度(武春莉  2012)。約旦政府采取了開源、節流和保護水資源的政策以解決當地水資源嚴重短缺的困難。為了利用冬季降水修建水庫、攔洪壩,大力調整農業結構,以低耗水作物為主,大力發展節水灌溉,灌溉用水盡量使用低質水、河水及庫水(肖淮仁  2012)。在植樹造林方面選用耐旱的低耗水樹種(李廣賀 2002)。 
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第二章涇惠渠灌區水資源開發利用現狀 
 
2.1  基本概況
涇惠渠灌區北接渭北黃土臺塬,南、東、西分別以渭河、石川河、涇河為界,處于關中平原中部,為一較完整的水文地質單元,清峪河位于灌區北部,呈東西流向。灌區總面積 13.13 萬 hm2,東西長約 70km,南北寬約 20km,設施灌溉面積 9.69 萬 hm2,有效灌溉面積 8.79 萬 hm2。轄渭南、西安、咸陽 3 市的閻良、富平、高陵、臨潼、涇陽和三原 6 縣(區)(圖 2-1),有 626 個行政村,48 個鄉(鎮)。灌區海拔高程處于 350 m~450 m 之間,地面坡降 1/300~1/600,由西北向東南傾斜,地面和地下徑流排泄條件好。涇惠渠灌區位于關中地塹的北部口鎮一關山斷層分界線南側,固市凹陷、涇陽~三原斷裂、咸渭斷裂分別為灌區由南向北的地質構造單元,新生代以來強烈沉降使得灌區內沉積了巨厚的第四紀松散沉積物。受地質構造控制,灌區在地貌上形成了涇渭河沖積階地和一、二級黃土臺塬。其中涇渭河沖積階地可劃分為涇渭河河漫灘、一級、二級、三級階地,其中二級階地的面積占了絕大部分;一、二級黃土臺原海拔高程分別在 380~450m、450m,分別分布在徑陽~三原一線以北、清峪河以南和清峪河以北。灌區的西北及北部邊緣分布有黃土臺塬、洪積扇。 
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2.2 地表水利用現狀 
涇惠渠灌區地表水源來源于渠首自流引水,自 1995 年至 2010 年 16 年涇惠渠灌區渠首平均實引水總量 3.41 億 m3,整體呈現出上升趨勢,1995~2000 年平均實引水量 3.09億 m3,2001~2005 年平均實引水量 3.46 億 m32006~2010 年平均實引水量 3.74 億 m3。50%、75%保證率下現狀水平年內需水量較大的月份均為 1 月、4~8月份和 12 月份;2020 年產業結構,農作物的種植比例相對于 2010 年有所調整,由圖3-4 可知,不同保證率下規劃水平年內需水量較大的月份與 2010 年一致,也分布在 1月、4~8 月份和 12 月份,但現狀水平年,年內最大需水月份在 6 月,而規劃水平年內最大需水月份在 12 月。 
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第三章 涇惠渠灌區供需水預測及供需平衡分析 ..... 16 
3.1  代表年及水平年 ..... 16 
3.2  需水量預測方法 ..... 16 
3.3  需水預測結果 ......... 17
3.4  可供水量預測 ......... 24 
3.4.1  供水原則及順序 ....... 24 
3.4.2  可供水量分析 ........... 24 
3.5  供需水平衡分析 ..... 25
3.6  本章小節 ........ 27 
第四章 涇惠渠灌區供水風險評價模型 ...... 28 
4.1  風險的定義及特征 .......... 28 
4.2  供水風險分析及其指標的選取 ........ 28
4.3  供水風險綜合評價模型 ........... 31 
4.4  灌區供水風險綜合評價模型 ............ 32
4.5  本章小節 ........ 34 
第五章 涇惠渠灌區供水風險分析 ...... 35 
5.1  供水風險評價指標計算結果及分析 ......... 35 
5.2  供水風險指標權重 .......... 43
5.3  供水風險評價 ......... 44 
5.4  減少供水風險對策 .......... 48
5.5  本章小節 ........ 48 
 
第五章涇惠渠灌區供水風險分析
 
5.1  供水風險評價指標計算結果及分析
參照文獻(阮本清等  2005),將供水風險指標及綜合評價評語等級分為 5 個級別,分別對應 5 個標準值,即高、較高、中等、較低、低,其對應的風險程度分別為災變風險、不可接受風險、邊緣風險、可以接受的風險、可以忽略的風險,見表 5-1。涇河是涇惠渠灌區地表水的主要水源,根據張家山水文站 1960~2010 年 51 年實測水文系列頻率分析,分別選取 25%、30%、37.5%、40%、50%、55%、62.5%、75%、85%、95%頻率的年徑流量作為規劃水平年(2020 年)的渠首引水量,見表 5-2。結合供需平衡章節中規劃水平年各保證率下農業需水的計算結果,根據前文提及的供需平衡調節計算方法計算出在各來水條件下涇惠渠灌區在規劃水平年的逐日缺水量。然后根據各指標計算公式算出各來水條件下各供水風險指標的值,見表 5-3,各指標變化趨勢分別見圖 5-1、5-4、5-8、5-9、5-13。 由圖 5-1 可知,隨著來水頻率增加,渠首年徑流量的減少,涇惠渠灌區農業用水戶可靠性指標總體呈下降趨勢,趨勢線的斜率 k=1.37,下降趨勢較為明顯,說明涇惠渠灌區農業用水戶可靠性指標受年徑流量影響較大。多年均值 93.8%,說明年平均缺水天數較少,參照表 5-1 可知涇惠渠灌區農業用水戶可靠性高。豐水年、平水年間的下降趨勢較緩,枯水年的下降趨勢較陡,說明年徑流量越少,對涇惠渠灌區可靠性指標的影響越大。很顯然,在頻率為 75%的枯水年的可靠性較部分平水年還高。頻率為 62.5%、75%來水年的灌溉月需水占灌溉年需水的比值、月徑流占年徑流的比值分別見圖 5-2、5-3,由圖可以看出兩個年份年內灌溉需水主要的月份均是 1 月、4 至 8 月和 12 月.
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結論 
 
人口、資源、環境與經濟協調發展是我國實現第三步戰略目標的前提。區域的發展建設需以水資源條件為基礎,城市規模、經濟發展、人口增長都應與當地水資源的支持相協調,合理有效的利用區域水資源。 本文分別以 2010 年和 2020 年為現狀年和規劃年,采用定額法對灌區 50%和 75%水文年的需水量進行了預測及供需平衡分析。基于風險理論,構建了涇惠渠灌區農業用水戶供水風險分析的指標體系,采用層次分析法和熵權構建供水風險綜合評價模型,獲得不同來水頻率典型年的供水風險綜合評價值,并進行供水風險評價,提出減少涇惠渠灌區農業用水戶供水風險的對策,取得的成果如下: 
(1)2020 年與 2010 年相比,灌區灌溉需水量減少,占總需水量的比例下降了 7%左右;工業需水量增加,占總需水量的比例增加了 5%左右;生活需水量增加,占總需水量比例增加了 1.6%左右。 
(2)50%保證率下灌區 2010 年總需水量 45793.23 萬 m3,缺水量為 0,2020 年灌區總需水量 44672.77 萬 m3,缺水量為 0;75%保證率下灌區 2010 年總需水量 63372.27萬 m3,缺水量 7020.27 萬 m3,缺水率 11.08%,2020 年灌區總需水量 59495.77 萬 m3,缺水量 5800.97 萬 m3,缺水率 9.75%。 
(3)隨著來水頻率增加,渠首來水量減少,涇惠渠灌區農業用水戶: 可靠性總體呈下降趨勢,多年均值 93.8%,可靠性高,灌區農業用水戶可靠性指標主要受年徑流量影響,在一定程度上也受徑流年內分配影響。 協調性總體呈下降趨勢,但波動性較大,多年均值 67.86%,較高,受年徑流量、徑 流年內分配的綜合影響。 彈性總體呈下降趨勢,多年均值 9.05%,彈性低,說明灌區缺水時間較為集中,主要受徑流年內分配的影響。 脆弱性總體呈下降趨勢,多年均值為 0.55%,脆弱性低,說明灌區處于缺水狀態時受到的不利影響不是很嚴重,受年徑流量、徑流年內分配綜合影響。 日最大缺水率呈上升趨勢,波動性較大,多年均值為 65.61%,較高,說明灌區最壞缺水情形較為嚴重,在豐水年份主要受徑流量年內分配的影響;在平水年份主要受年徑流量影響,同時徑流年內分配對其也有些許影響;在枯水年份主要受年徑流量的影響。 
(4)隨著來水頻率增加,渠首來水量減少,涇惠渠灌區農業用水戶供水風險綜合評價值總體呈遞增趨勢,最大為 72.82%,風險較高,屬不可接受風險;最小為 15.39%,風險低,屬可忽略風險,極值比為 4.73,變化幅度很大。
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參考文獻(略) 

 

優秀工程碩士論文范文篇六

 
1  前言 
 
1.1 研究的目的和意義 
雖然地面灌溉是一種非常古老而又傳統的田間灌溉技術,但它目前仍然是全世界,特別是廣大的發展中國家采用最廣泛的一種灌水方法,更是我國采用的一種最直接、最普遍的灌水方式。目前,全世界的灌溉面積中約占 90%左右的面積為地面灌溉,而我國地面灌溉的面積占總灌溉面積的比重高達 97%,其中我省比重約為 96.5%(陳雷,1999)。我國是一個農業大國,耕地面積多,人口眾多,農業用水相對總量很大。充分考慮到我國水資源不足且分布不均勻、經濟水平相對落后、管理技術不足的現實,我國在未來一段時間內,仍將會以傳統的地面灌溉為主,而像滴灌、微噴灌等先進灌溉技術還不可能實現大面積推廣和利用(李金虎,2007)。因此,我國現在關于節水灌溉技術的工作重心應在地面節水灌溉技術的研究和大力推廣上,并優化改進與之配套的節水灌溉裝置。鑒于我國廣大灌區經濟實力、管理技術水平等現狀,大面積推廣滴灌、微灌、微噴灌等先進節水灌溉技術還在一定程度上受到極大的限制和挑戰(李強,2012;李萌,2006)。在相當長的一段時間內,地面灌溉仍是最主要的大田灌溉技術,大力的推廣和應用地面節水灌溉技術勢在必行,特別是渠道輸配水條件下田間地面節水灌溉技術及其自動灌溉設備的研究更是當務之急(閆志國,2007;廖云等,2007)。 波涌流灌溉技術具有節水、省時、保肥、增產、水流推進速度快、灌水均勻度高等優點(費良軍,1996),同時,還可以利用渾濁水或污水進行作物灌溉。特別是在我國廣大的利用渠道輸配水的引黃灌區中,直接利用黃河水進行灌溉,不需要凈水及沉淀處理,是一種非常適合我國實際情況的節水灌溉方式(陳軍,2007)。除此之外,波涌灌溉可廣泛的適用小麥、玉米、棉花、馬鈴薯、洋蔥等溝灌或畦灌的糧食作物或經濟作物。 “田間管道均勻移動自動地面節水灌溉”及“波涌流自動地面節水灌溉”技術,具有明顯的節水效果,提高灌水均勻度、減少甚至杜絕了深層滲漏、提高了田間土壤儲水效率和水分利用效率,節水率可達 10%~40%左右(費良軍,1998)。同時,可以實現自動化灌溉,降低了勞動強度,嚴格控制各灌水技術參數,確保了灌水質量。所以,該技術是一項應大力推廣和應用的節水型灌溉方式,具有廣闊的發展前景和應用空間,必將有利于實現我國的綠色節水型農業及水資源的高效利用(王春堂,2005)。 
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1.2 國內外研究現狀
波涌灌溉是一種綠色地面節水灌溉新技術,它主要依據待灌畦田的長度,把連續灌水時間按照實際情況合理的分為幾個有效灌水周期,每個灌水周期包括一個周期灌水時間和一個周期停水時間,間歇性地向待灌畦田的畦溝中供水,即利用幾個灌水周期和幾個停水周期,按一定的周期交替性地向畦溝中灌水(王春堂,2005)。波涌流灌溉包括多次周期灌水和周期停水的過程,畦田的表面會保持周期性的干燥和濕潤。由于受到間歇灌水的影響,畦田表面的土壤結構會發生明顯的變化,表面會形成一層致密的保護層。這層致密的保護層會阻止灌溉水的下滲,并使畦田表層的摩擦力減小,最終加快灌溉水的流速和減少深層滲漏,有助于水流快速的向畦田末端推進。通過這種灌水方式,灌溉水的入滲時間縮短,特別是畦溝首部的入滲時間縮短和入滲能力減弱,從而降低了灌溉水的入滲總量。因此,在上述“間歇灌水效應”的影響下,使畦田前段田面的受水時間在水流方向上大大減少,灌溉水深層滲漏量減少,農田灌溉水的灌水均勻度、水分利用率及灌水效果都有很大的提高,從而達到有效節水的目的(許迪,2001;王春堂,2005;陳軍,2007)。波涌流灌溉在實際應用中,一般采用大流量、快推進、間斷性向畦田灌水的灌水模式。與傳統的連續灌溉不同,波涌灌溉的水流不是通過一次性灌到溝畦的末端,而是分多次且分段性的從畦田首端均勻的推進到畦田的末端(閆志國,2007)。當波涌流灌溉一次灌水結束后,畦田的表面會形成一層完善且致密的保護層,降低畦田的入滲率和表面粗糙率,有利于提高灌水均勻度和灌溉效果。 
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2  波涌灌溉的技術參數和最佳灌溉模式的確定 
 
2.1 波涌灌溉的特點 
大量的關于波涌流灌溉的田間灌水數據和經驗表明,波涌流灌溉具有良好的節水、節能效果。其節水效果與畦田長度、耕作條件、土壤質地、灌溉季節等有關(王浩,2007)。對于灌區長度為 90m~400m 的畦田,波涌灌溉比連續灌溉節水 10%~40%左右,且隨著畦田長度的增加,波涌灌溉技術的節水效果越好。一次波涌灌溉中頭水的節水率比二水和三水大且節水效果好(彭立新,2001)。其中,頭水的節水率為 7%~36%,而二水和三水的節水率為  5%~24%(管懷明,2001)。在一個長度為 240m 的待灌畦田中,在一定單寬流量前提下,普通連續灌溉需要 145min 才能灌完。若采用周期為 3、循環率為1/3、周期灌水時間為 26min 的波涌流灌溉,僅需 75min  就能完成全部灌溉,斷面的最大流速為連續灌溉的 2.2~2.5 倍,澆地效率平均提高 21%,大大節省灌溉時間,且灌水時間和灌水定額均有降低,節水率可高達 37.9%左右(陳軍,2007)。此裝置利用渠道中的水作為動力,而不需要電、油、或太陽能等其它的外加動力,具有良好的節能效果。 
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2.2 波涌灌溉技術參數的確定
波涌流灌溉技術是一種新型的地面節水灌溉方法,它采用大流量、快推進、間斷性的向溝(畦)放水,與傳統的灌溉方式相比,波涌灌溉技術主要依據待灌地塊的長度,把一次連續灌水時間劃分為幾個分段地供水周期,采用間歇性的灌水模式將水引入田里,使水流快速推進到畦田(溝)尾。 波涌灌溉的技術參數除了包括傳統連續灌溉的畦田規格、單寬流量、放水時間等技術參數,還包括周期數、循環率、灌水周期時間、周期灌水時間、周期停水時間、凈灌水時間等,這些技術參數是影響波涌流灌溉的關鍵因素,本課題研究的虹吸式自動波涌流灌溉裝置就是基于這些技術參數完成的。 以上的六個參數是波涌流灌溉灌水過程的主要技術參數,六個控制參數中,其中三個存在關系式,只要確定了灌水周期數、凈灌水時間和循環率三個參數就可求得其它相應參數。一般只需要確定波涌灌溉的凈灌水時間、周期數、循環率三個參數,其余的參數即可通過相應的關系式求得。綜上所述,需要確定的波涌灌溉控制參數有:畦田規格(畦長和畦寬)、單寬流量、周期數、凈灌水時間和循環率。 
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3  虹吸式自動波涌流灌溉裝置簡介及原理 .......... 22 
3.1  設計思路 ...... 22 
3.2  設計原則 ...... 22 
3.3  結構設計 ...... 22 
3.4  工作原理 ...... 23 
3.5  波涌灌溉控制參數的調整 ..... 24 
4  虹吸式水力自控裝置結構設計 ........ 25 
4.1  裝置渠道寬、深的確定 ......... 25 
4.2  水車的設計 ........... 25 
4.3  穩壓池設計 ........... 26 
4.4  控制池的設計(起到計時器的作用) ........ 26 
4.5  虹吸池的設計 ....... 27 
4.6  虹吸管的設計 ....... 28 
4.7  虹吸管直徑的確定 ........ 29 
4.8  水車提水量的確定 ........ 30 
4.9  裝置提供流量 Q出的確定 ...... 31 
4.10 該虹吸式水力自控裝置所需要的地形高差最小值 .......... 31 
5  裝置的室內灌水試驗 ...... 33 
5.1  試驗測量工具 ....... 33
5.2  室內灌水試驗 ....... 36 
 
5  裝置的室內灌水試驗 
 
5.1 試驗測量工具
本試驗使用的儀器是由陜鼓西儀集團有限責任公司生產,型號為 XYLDG-DN80-105的智能電磁流量計。數值可以直接從電子屏幕中讀出,最大測量流量為 120m3/h,測量值的重復性誤差控制在±0.1%。儀器如下圖 5-1 所示:本試驗渠道中水流流速的測量采用等腰直角量水堰,如下圖 5-2 所示: 水深測量的儀器是采用重慶華正水文儀器有限公司生產的智能數顯水位測針,型號為 SX40-1 型,主要是測量模型內設計橫斷面和縱斷面交點處的水深。測針的精度為0.1mm,可直接從電子顯示屏中讀出水深,使用方便快捷,精確度高。
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結論 
 
本課題主要通過對波涌灌溉和傳統連續灌溉兩種灌溉方式在不同土壤質地、畦(溝)田規格、波涌流灌水參數、灌水定額與土壤水分入滲及分布、土壤水分利用、作物產量、節水率等參數之間的對比試驗的研究,然后對比分析波涌灌溉的灌水優點、對田間水分分布及水分利用特征的影響。進而構建不同土壤質地、不同畦(溝)田規格的田間波涌流灌溉最佳參數,建立波涌流地面節水灌溉質量、節水效果與畦(溝)田規格、土壤質地、灌溉參數之間的相關關系。特別是對波涌灌溉的周期數、循環率、灌水周期時間、周期灌水時間、周期停水時間、凈灌水時間等控制參數的研究和分析,進一步確定在一定畦(溝)田規格、土質等情況下的波涌流灌溉的最佳灌水模式。以最佳灌水模式為基礎,研發在渠灌區渠道輸配水條件下,利用渠道內灌溉水作為動力能自動完成灌溉的大田虹吸管式自動波涌流地面節水灌溉裝置。該裝置利用水車提升水流作為動力,通過穩壓池、控制池(起到計時器的作用)等部件控制虹吸管定時形成虹吸或斷開虹吸,完成波涌流節水灌溉的周期供水和周期停水,實現波涌流灌溉的自動化該裝置可以實現對周期數、循環率、周期灌水時間、周期停水時間、灌溉流量等各波涌流灌溉參數的任意調節。對該虹吸式水力自控裝置進行一系列的室內灌水試驗,對試驗數據進行有效分析和裝置的進一步完善,并實現對周期數、周期灌水時間、周期停水時間、循環率、灌溉流量等各波涌流灌溉參數的調節更加精確。結論主要總結如下: 1.波涌流地面節水灌溉技術具有節水、節能、保肥、增產、灌水均勻、灌水質量高的優點,并具有水流推進速度快、減少深層滲漏、降低勞動強度等特點。同時,可用渾濁水、咸水或污水直接進行灌溉,且不需要任何的凈水處理。 2.該裝置可直接利用水車提升水流作為動力,不需要任何外加動力,即可完成波涌流自動節水灌溉的周期灌水和周期停水。 3.通過穩壓池、控制池等部件控制虹吸管定時形成虹吸或斷開虹吸,可實現對周期灌水時間、周期停水時間、循環率、周期數等各波涌流灌溉參數的任意調節。  
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參考文獻(略)
 

優秀工程碩士論文范文篇七

 
第一章   緒   論 
 
1.1 選題的目的和意義 
水,生命之源,潤澤萬物,賦予了這個世界的多姿多彩。同時,水也是一把雙刃劍,所謂水少則旱,水多成澇。當前,正值經濟結構轉型升級之際,經濟社會對水的要求越來越高,社會的飛速發展與水資源緊缺之間的矛盾日甚一日。無論在什么地區,節水和高效用水已箭在弦上。如何更加科學地開發利用水資源成為水科學中一個亟待解決的難題,引發了國內外諸多學者的研究和探討。同時,洪水也是我國諸多地區常年揮散不去的傷痛,掌握河道水流運動規律,了解洪水暴發習性,是我們必須積極面對和努力加以解決的課題。 自然界中最常見的一種水流形式就是明渠水流,與我們的生活息息相關,天然河道、排水管道、人工渠道等這些水流都是明渠水流,明渠水流的相關水力計算也是實際工程中經常遇到的水力學和數學問題。在城市排水工程設計中對輸水渠道的設計、水流模擬以及許多關乎國家經濟發展與建設密切相關的工程時,人們都必須重視明渠水流的計算問題。 明渠水流是一種無壓流。在水利工程中經常會遇到如開挖溢洪道以宣泄多余的洪水、為飲水灌溉或發電修建的渠道等問題,而這些問題的重點都是對明渠水流的運動規律的認識和掌握,采用合理適用的明渠均勻流的水力計算公式。 隨著謝才公式的出現,意味著人們對明渠水流的運動規律有了一個比較客觀的認識,并給出了正確的計算方法,謝才公式也因此被認為是明渠水流的基本關系式而得到廣泛應用。1938 年 Keulegan 得到了光滑與粗糙面明渠均勻流的時均流速分布公式。社會的進步給水利科學提出更高的要求,人們需要根據社會的需求解決更加深入的問題,從而需要了解流動要素在時間上和空間上的逐點分布。泥沙運動、河流中污染物質的擴散與彌散、水工建筑物的摻氣、空蝕和脈動壓力等高速水流的特殊問題的解決,都需要對水流運動的時均流動特性與分布有一定的了解,而且要求對流動的紊動特性有深入的認識。 
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1.2 國內外研究進展
渠道輸水是目前我國農田灌溉的主要輸水方式,如今淡水資源日益緊缺,引水明渠流量的精確度量是一個急需解決的實際工程技術問題。在不改變明渠邊界的情況下,一般采用流速-面積法測定明渠流量,這需要準確掌握明渠流速分布規律。用有限個點的流速來表示整個斷面的流動狀況,這需要對明渠過流斷面上的流速分布規律有準確的掌握。另外,為了有效提高明渠流量的精確度,我們往往需要在明渠斷面上做準確適合的布點,以測量特征點處的流速和準確合理的采用流速分布公式。  目前明渠的垂線流速分布學者一般使用的就是對數和指數兩種流速分布律,而實際的明渠中流速沿垂線的分布也基本都是與其符合的。胡春宏(胡春宏 1988)對流速分布研究中,其將渠道斷面劃分為內區、外區和表面區三區。分析發現,在內區側壁對流速分布的影響較大,而用二次拋物線分布來表示其外區的流速分布,這樣能較好地擬合出實際流速分布規律,但具體到數學表達式和參數率定卻有待進一步的研究。 為了給這些問題提供合理的解決辦法,近年,Coles(Coles 1956)等在采用對數流速分布并結合添加尾跡函數的方法對數流速分布律進行修正,試驗表明,這樣更加符合實際流速分布。瑞士的 Graf(Graf 1989)發現了這種方法的弊端,他認為尾跡函數對二維均勻流的影響并不明顯而且使用繁瑣,實用性不強。胡春宏(胡春宏 1991)在在大量的試驗統計分析之后,對不同的區域采用了不同形式來表示流速公式,其研究的主要是在流速沿垂線分布上的流速分布公式,而對于窄深明渠,由于側壁對流速分布的影響較大,從而使得垂線流速分布發生改變,以往的指數律和對數律都顯得略有不足,這二者都無法準確地描述流速分布。Sarma(Sarma 1983)等人在研究窄深明渠的過程中引入了二維水流流速分布公式,但這個公式的缺點是,其得出的最大流速總是位于水面處,著與實測流速是不符合。 Coleman 等人在對窄深明渠的研究中采用了 Coles 用過的尾流函數,并在斷面中垂線處做了大量試驗來驗證該方法的合理性。王晉軍則指出對數流速律無法適用于整個水深范圍,在粗糙底層到自由液面之間,各水深部分都添加了一項尾流函數,并根據實測資料推導出其它范圍的流速分布律。孫東坡(孫東坡 2004)等人做了大量水槽試驗后,分析比對試驗結果后發現實際明渠流速的垂線分布與二次函數曲線的特性更為擬合,并提出用二次函數表達式來表示垂線上流速與水深的函數關系。從整體上來看,二次函數表達式的效果比對數分布律要好,但在明渠底部對數分布律的擬合精度更高。Chiu 等人將熵理論引入到明渠斷面流速分布中,并由此推導出了描述渠斷面流速分布的公式,但該式中的參數往往需通過實測資料來率定,且參數的影響因素較大:邊界條件及來流條件對其影響比較大,這在某種程度上影響了其應用推廣。 
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第二章    標準 U 型渠道恒定均勻層流流速分布 
 
2.1 研究思路
標準 U 型渠道邊界為半圓弧與直線段構成,邊界條件復雜(張新燕,呂宏興 2013),無法直接求解 Possion 方程,本文采用分解區域法將邊界條件拆分為矩形和半圓形區域,并設矩形和半圓形區域連接處的流速分布為 g(x) (圖 2-1),分別在各自區域建立數理模型并進行求解,最后利用流速函數在連接處的連續光滑性,得到了關于流速分布g(x) 的變系數二階非齊次常微分方程,且其非齊次項與 g(x) 有關,但目前此類方程無法用數學方法求解(M.Roseau 1981)。為來得到連接處的 g(x) 的函數,采用有限元法對 40 組不同寬深比、不同底坡的標準 U 型渠道在恒定均勻層流的流場進行了數值模擬,提取量區域在連接處的流速值,分析發現 g(x) 用二次拋物線表示時誤差不超過 0.3%,因此我們假設連接處的流速分布為二次拋物線。 基于上述情況,本文分別在矩形和半圓形區域建立關于 Possion 方程的數理模型,求出量區域的分布函數,最后證明存在二次拋物線 g(x) 使得兩區域的流速函數在連接處滿足光滑連續性條件,且具有唯一性,進一步確定了該二次拋物線 g(x) 就是變系數非齊次常微分方程的解,從而得出標準 U 型渠道流速分布解析解。 
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2.2 各斷面數學物理模型及其求解 
設矩形區域渠道(圖 2-2)的流速分布為u(x, y) ,最大流速在水面處,基于無滑移條件(董曾男和章梓雄 1999),兩側壁處的流速為 0,交界處流速分布為 g(x) ,利用 CAD 三維建模軟件建立標準 U 形斷面渠道的三維圖形,這里采用水溫 20℃,寬度 B=1m,H=0.5m,底坡10J9 10?= × 的標準 U 形渠道,具體三維模型見圖 2-4;本章統一采用 0.03m 網格間距,空間離散的單元個數約為 28 萬個,其網格劃分見圖 2-5。建立了關于層流的三維數理模型,采用分解區域法,分別求解矩形區域和半圓形區域的流速分布;并利用流速函數在區域連接處的光滑連續性,證明了矩形與半圓形連接處的層流流速分布為拋物線分布,并具有唯一性。最終提出了標準 U 型渠道層流三維流速分布規律及其解析解。完善和補充了經典明渠水力學 U 型渠道層流流速分布解析解的空白,對其橫向和豎向的流速分布有了更直觀的認識:橫向最大流速都在中垂線處,豎向最大流速都在自由面處。 
..........   
 
第三章  矩形明渠紊流流速分布公式的研究 ....... 19 
3.1 數學物理方程建立 ........... 20 
3.2 模型求解 ......... 21
3.3 橫斷面流速分布 ...... 25 
3.3.1 垂向流速分布 ......... 25 
3.3.2 橫向平均流速分布 .......... 26 
3.4 公式驗證 ......... 28 
3.5 結  論 ...... 28 
第四章  明渠均勻流斷面平均流速等效計算公式 ........ 29 
4.1 梯形明渠均勻流 ...... 29 
4.1.1 基本公式 ........ 29 
4.1.2 梯形渠道斷面平均流速 ........... 30 
4.1.3 試驗驗證 ........ 31 
4.2  標準 U 形明渠均勻流 ..... 33 
第五章  結論與展望 ........... 37 
5.1 結論 ........ 37 
5.2 展望 ........ 38 
 
第四章     明渠均勻流斷面平均流速等效計算公式
 
對于明渠均勻流,其水力計算的在生產實際中的應用相當廣泛,幾百年來,人們從生產實踐中歸納總結,得出了一些計算方法.并將之再運用到實踐中。雖然,這些公式方法是缺乏了理論依據,但是,這畢竟是在大量的實踐資料的基礎上歸納總結出來的。因而也具有一定的普遍性和適用性,工程實踐中也還一直在沿用。在這樣的大背景下,給出一個具體的、有一定理論依據的水利計算公式,就變得極為必要。基于這樣的前提下,趙振國老師從理論出發,推導了適用于二維、矩形、半圓形斷面的明渠均勻流的流速計算公式。 文中利用普朗特-卡門的粗糙平板上的流速分布公式,得到了二維明渠均勻流的流速計算公式;進而在渠道底部和邊墻阻力是相等的假設下,將矩形明渠按其周長展開成與之等效的二維流,并得到相應的流速計算公式。受到這個思路的啟發,本文就是在此基礎上,對其做了一定的拓展,給出了梯形、標準 U 形明渠均勻流的流速分布公式。 
 
4.1 梯形明渠均勻流 
參考文獻中的試驗資料,其中的梯形渠道是更為符合實際生產情況的、在自然環境下的梯形明渠。 (1)與文獻中的試驗資料進行比較。該田間試測資料,梯形明渠為灌區混凝土襯砌分支渠。渠道下底寬 1.3m,邊坡系數 m=1.46,渠深 0.97m,實測渠底坡降i =1:6000 。試驗水流均保持為恒定均勻紊流狀態,由于是田間實測,從而渠底滿足完全粗糙的條件,適用于所推導出來的公式,可以用來對本文公式的計算結果進行驗證,試驗數據與式(4-11)的計算結果列于表 4-1。 對于標準 U 形渠道,如圖 4-3,本文選取的 U 形渠道為標準 U 形渠道,過水斷面由上部的矩形和下部的半圓弧組成,渠深 0.8m,下部圓弧的半徑r =0.4m,上口寬 B=0.8m。 由于標準 U 形渠道的特殊構造,我們不能再像前面的梯形渠道一樣都沿用統一的公式。當渠內的水深不同時,所導致的過水斷面也不同(尼古拉斯 1957).
........
 
結論 
 
本文在綜合分析國內外學者對明渠均勻流流速分布公式的研究基礎上,做了細致的理論分析和公式推導,并用試驗與數值模擬進行了驗證,得到以下結論: 
(1)考慮窄深式矩形渠道側壁對紊動水流的影響,選取了能較好反映側壁處流速分布規律的拋物線公式作為微分方程邊界條件,依據雷諾方程,進而得到橫向平均流速分布公式和沿水深方向的流速分布公式。以往大多數流速公式都只適用于寬淺式明渠,對窄深式研究較少。作者補充和豐富了這一領域,尤其考慮了窄深式矩形渠道中紊流的雷諾方程解受側壁流速值影響較大;該流速分布公式適用于橫斷面任何垂線位置,而不局限于渠道斷面中垂線,對矩形渠道橫斷面整體流速分布起到全面認識,比以往大部分公式的適用范圍更大。通過計算值與實測值對比發現,公式精度較高,基本能滿足工程需要。值得注意α 值對流速影響較大,測量時需要準確把握。本章的成果不僅經實驗驗證,也與以往成果的規律基本一致,證明了結果的正確性,具體結論如下: a.對于窄深式矩形渠道,側壁對流速分布的影響很大,沿渠深方向最大流速位于水面以下,并且離側壁越近最大流速位置越接近底部,這是因為越靠近側壁這種作用越強烈。 b.在 y h >0.2 (外區)垂線處的流速分布較均勻,但其在 y h <0.2 (內區),流速梯度較大。 c.沿渠寬方向最大流速位于斷面中垂線上,由渠道斷面最大流速值向渠道任一邊壁引射線,沿該射線方向,越靠近邊壁,流速梯度值越大。 d.  提出公式應用于渠壁摩擦阻力較小的窄深式矩形明渠中的紊流。 
(2)針對窄深式標準 U 型渠道邊界的復雜性,在依靠有限元計算的基礎上,假定連接處流速分布為二次拋物線分布;建立了關于層流的三維數理模型,采用分解區域法,分別求解矩形區域和半圓形區域的流速分布;并利用流速函數在區域連接處的光滑連續性,證明了矩形與半圓形連接處的層流流速分布為拋物線分布,并具有唯一性。最終提出了標準 U 型渠道層流三維流速分布規律及其解析解。完善和補充了經典明渠水力學 U型渠道層流流速分布解析解的空白,對其橫向和豎向的流速分布有了更直觀的認識:橫向最大流速都在中垂線處,豎向最大流速都在自由面處。 
(3)在趙振國(趙振國  2013)研究基礎上,利用普朗特-卡門粗糙平板上的流速分布公式,推出了二維明渠均勻流的流速計算公式,然后假設其渠道底部和邊壁的阻力相等的,依次對梯形明渠、標準 U 形明渠按其邊長展開,等效為二維明渠.
 

優秀工程碩士論文范文篇八

 
1  緒論 
 
1.1  課題的背景和意義 
高壓直流(High Voltage Direct Current,HVDC)輸電的首次商業化運行是在 1954 年,利用海底電纜從瑞典本土向 Gotland 島輸送電能,自此直流輸電進入了蓬勃發展階段,目前已在全世界范圍內得到了廣泛應用[1]。與交流輸電系統相比,HVDC 輸電系統一方面投資費用低、運行損耗小,具有顯著的經濟效益;另一方面其使用壽命長、可靠性能高,常作為電力系統的重要聯絡通道。從 20世紀 60 年代開始,HVDC 輸電技術已發展比較成熟,并且在遠距離輸電和大電網互聯方面發揮了突出作用。目前,全世界約有近百個 HVDC 輸電工程,已建成投運或正在建設 HVDC 輸電工程的國家有二十多個,未來會有更多國家規劃建設 HVDC 輸電工程[2]。 我國高壓直流輸電是從 20 世紀 70 年代的晶閘管換流閥時期開始發展的。由我國電力科研工作者自主設計、建設的舟山直流輸電工程在 1987 年正式投入運行,自此,我國 HVDC 輸電技術的正式起步發展,隨后建成、投運的葛洲壩—上海 500k V、1200MW 直流輸電工程大大促進了我國高壓直流輸電技術水平的提高。此后,我國又相繼建成投運了天生橋—廣州、三峽—常州、三峽—廣州、貴州—廣州等直流輸電工程,此外,我國還投運了多項背靠背直流輸電工程,實現了大電網間的互聯,對我國電力規劃建設總體方略具有重要意義[2]。 水力資源和煤炭資源作為我國發電能源的兩大主要來源,水力資源主要分布在西南數省,煤炭資源主要集中在“三西”(山西、陜西和內蒙西部),而東部沿海地區占全國總負荷的比重達 2/3 左右。鑒于我國能源與負荷的地理分布很不均衡,HVDC 輸電已成為我國大容量、遠距離輸電的主要方式。為了優化資源配置,西電東送已成為我國重要的能源發展戰略,而高壓直流輸電技術已然成為了西電東送的核心技術[3]。另外,HVDC 輸電方式在大電網互聯系統中具有技術、安全和經濟方面的優勢。所以,隨著電力工業的不斷發展,HVDC 輸電方式在我國的應用也將越來越廣泛[4]。 
.........
 
1.2  高壓直流輸電的原理及特點
高壓直流(HVDC)輸電方式是發電廠發出的交流電能在輸送之前先變換成直流電能,通過直流聯絡線將直流電能送到受端逆變站,在該逆變站再把電能變換為交流電能,然后供電給受端交流系統[7]。HVDC 輸電系統主要包括整流站、直流輸電線路、逆變站三大基本組成單元。 HVDC 輸電方式具有明顯的經濟效益,并且能夠克服現有交流輸電技術的很多缺點,相比于交流輸電方式的優勢可以概括如下: (1)輸電線路的絕緣等級低,更加經濟。有效值相同時,直流電壓的最大值只有交流電壓的 21 倍,配置絕緣子設備的數量可以大大減少,甚至輸電桿塔的高度也可以降低,所以,采用直流輸電方式總的經濟效益非常顯著。 (2)直流輸電情況下,輸電效率更高。采用直流輸電方式時,直流系統的功勞因數為 1,直流線路沒有電抗原件產生無功功率,因此,輸送直流功率不像交流功率那樣需要消耗無功功率,直流輸電可以輸送更多的用于實際消耗的有功功率,說以直流輸電方式效率更高。 (3)直流輸電方式可以利用大地作為導線。交流輸電需要至少兩根及以上的導線,而直流輸電方式可以把大地作為運行的一極,與直流輸電線路構成輸電回路,能夠節約輸電線路投資,這與交流輸電相比更加經濟。 (4)直流輸電不受輸電距離和輸電容量的制約。當獨立的非同步運行系統需要互聯時,有些情況下直流輸電是唯一的選擇或者至少是一個有價值的方案,比如采用海底電纜進行電網互聯。直流聯絡線的電流是按給定值控制的,所以兩端交流系統的短路容量不會因為它們直流聯網后而增大。此外,由于直流輸電不存在功角穩定性問題,所以輸電距離和輸送容量不受此制約[8]。 (5)直流互聯可以隔離交流系統。由于直流輸電系統只輸送有功功率,沒有無功功率,當交流系統故障時從鄰近系統流入的電流不會增大,具有隔離兩個交流系統的虛擬效果。因此,通過將現有的交流系統分割成合適大小的系統,并通過直流聯絡線連接起來,能夠有效抑制短路電流大小,維持整個系統穩定運行。 
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2  直流輸電系統的控制原理 
 
2.1  直流輸電控制系統可控性概述 
由圖 1 和方程(1)可知,α 是整流側的觸發控制角, β 是逆變側的觸發控制角,這 2 個控制變量都具有非常快的響應速度,通常響應時間在 4~1 ms 以內;dorU 是整流側換流變壓器的閥側控制電壓,doiU 是逆變側換流變壓器的閥側控制電壓,通過改變換流變壓器的抽頭位置來調整這 2 個控制變量大小,但這種調節方式的響應速度較慢,一般情況下,換流變壓器的抽頭每調節 1 個檔位需要 10~5 s。所以,當兩側的交流系統出現大的擾動,或直流輸電系統出現閉鎖、跳閘等故障時,直流輸電系統只能通過控制整流側觸發控制角α 和逆變側的觸發控制角 β 進行系統的穩定性控制,而此時調整換流變壓器的抽頭在該暫態過程中不能得到有效的控制效果。通常情況下,對于兩側交流系統中的電壓變化速度較快的情況,可以通過調整觸發控制角大小來維持直流輸電系統的穩定性;而對于兩側交流系統中電壓變化較慢的情況,可以通過改變換流變壓器的抽頭位置來維持在觸發控制角在額定值附近。 為了實現對直流輸電系統穩定性的快速有效控制,只能通過控制觸發控制角的大小,也就是說對于兩端直流輸電系統而言,其控制系統中能被控制的自由變量只有 2 個。一般情況下,直流輸電系統需要根據某種指定的功率曲線運行,所以定功率控制模塊可以實現直流輸電系統中最基本的功率控制功能,定功率控制模塊的基本原理是換流器一側維持直流電壓大小不變,另一側維持直流電流大小不變。考慮到換流器工作于整流狀態與逆變狀態時的特征有很大不同,通常在整流側實現直流電流大小維持恒定,在逆變側實現直流電壓大小維持恒定不變的目的。所以,整流側換流器的理想控制特性為一條垂直線,逆變側換流器的理想控制特性為一條水平線,如圖 2.2 所示。 
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2.2  直流輸電控制系統的分層結構 
直流輸電系統主控制級的功能實現原理框圖如圖 2.4 所示。主控制級結構一般由 3 個控制模塊構成,第 1 個模塊的作用是用來接收上級下達的直流功率指令 )(setP ,第 2 個模塊的作用是對直流輸送功率大小進行調整控制,第 3 個模塊的作用是根據直流功率綜合指令值除以直流聯絡線中點電壓值,進而計算得出直流電流的指令值,并輸出至極控制級。 通過調整控制聯絡線所傳輸的直流功率,能夠顯著提高兩端交流系統的振蕩阻尼,尤其對于交直流并列運行的輸電系統效果更加明顯。對于典型的連接兩端非同步交流系統的直流聯絡線,調整控制其直流輸送功率可以對兩端交流系統進行調頻。功率緊急變化控制包含功率快速提升和功率快速回降,主要應用于通過直流輸電線連接的兩端交流系統和交直流并列運行的交直流混合輸電系統的緊急功率支援[23]。緊急功率提升功能常用于應對逆變側交流系統出現功率缺額、整流側交流系統發生甩負荷,或交直流并列輸電系統中交流線路跳閘等故障;而緊急功率回降功能則常用于應對整流側交流系統出現掉機或逆變側交流系統甩負荷等工況。 
.........
 
3  高壓直流孤島運行系統建模 ........... 21 
3.1  主電路系統建模 .... 21 
3.1.1  主電路電氣設備 ...... 22 
3.1.2  電氣設備建模 .......... 23 
3.2  控制系統模型 ......... 27 
3.3  模型仿真驗證 ......... 33 
3.4  本章小結 ......... 35 
4  可拓控制理論 ....... 36 
4.1 可拓學簡介...... 36 
4.1.1  可拓集合 ......... 36 
4.1.2  關聯函數 ......... 37 
4.1.3  物元理論 ......... 38 
4.1.4  可拓控制方法 .......... 39
4.2  可拓直流附加控制器設計 .... 43 
4.3  本章小結 ......... 48 
5  故障仿真結果分析 ..... 49 
5.1  掉機故障 ......... 49
5.2  單相接地故障 ......... 51 
5.3  單極閉鎖故障 ......... 53 
5.4  本章小結 ......... 55 
 
5  故障仿真結果分析
 
天-廣直流輸電工程孤網運行方式下,孤島系統的頻率穩定性直接決定著送端交流系統能否安全穩定運行,因此除了利用發電機組的一次調頻功能外,還要充分利用直流附加控制功能,必要情況下配合安穩切機措施,以達到穩定送端頻率的目的。 送端發電機組跳閘、交流母線單相接地和直流單極閉鎖故障是直流輸電工程中較常見的故障,上述三種故障均會導致送端系統發出功率與直流輸送功率的嚴重不平衡,可能引起頻率的劇烈振蕩,嚴重影響系統的安全穩定運行。直流輸電系統孤網運行方式下,由于失去了當地交流主網的支援,上述故障發生時引起的后果通常比聯網狀態下更為嚴重,因此,本章在前文所搭建的天-廣直流輸電系統模型基礎上,考慮送端天一電廠 3004× MW 機組全開,天-廣直流輸送 1200MW 功率運行,分別對傳統附加控制器和可拓附加控制器在上述三種故障情況下送端系統頻率穩定性進行了仿真分析。 
 
5.1  掉機故障
在系統正常運行情況下,突然發生掉機故障,將引起送端系統發出功率嚴重不足,進而導致系統頻率大幅跌落。設置故障情況如下:在 st =5 時,送端 4號機組斷路器跳閘。在傳統直流附加控制器和可拓直流附加控制器分別作用下,送端交流系統頻率變化曲線如圖 5.1 所示,直流輸送功率變化曲線如圖 5.2 所示。 由圖 5.1~5.2 可知,天-廣直流送端孤島系統 4 臺機組,直流輸送 1200MW運行方式下發生天一電廠 4 號機掉機的情況,由于送端功率缺額較大,頻率發生迅速跌落,在傳統附加控制器和機組調速器綜合作用下,送端系統頻率最低跌落至 49.00Hz,直流功率最大調制量達到 600MW,頻率經過約 18s 的振蕩最終才穩定到 ±2.050 Hz 以內,不滿足系統頻率穩定控制要求。在可拓附加控制器和機組調速器協調控制作用下,系統頻率的波動范圍為 49.56Hz~50.15Hz,發生故障后 1.5s 左右系統頻率降到最低 49.56Hz,故障發生 3s 后頻率穩定到±2.050 Hz,滿足系統頻率穩定運行要求。 
..........
 
結論 
 
近年來,我國電力發展的步伐不斷加快,電壓等級不斷提高,電網結構日趨合理,資源配置能力大幅提升。區域電網互聯和高壓直流輸電技術的快速發展,不斷推動我國電力系統向著大功率、遠距離、跨區域、交直流混合輸電格局方向發展。孤島運行方式作為交直流輸電系統故障后或正常運行情況下的運行方式之一,將越來越多的出現在新建或投運的高壓直流工程中,系統穩定性將面臨更大挑戰。因此,深入研究送端孤島運行方式下電力系統的安全穩定性具有重要意義。 本文主要介紹了國內外直流送端孤島工程的運行概況和研究現狀,通過對直流輸電系統快速可控性原理的分析,利用改進的可拓控制方法設計了一種可拓直流附加控制器,用于調整控制直流聯絡線輸送的直流功率,抑制孤島直流送出系統中的由于功率不平衡引起的系統振蕩,提高系統的頻率穩定性。 根據天-廣直流工程的實際參數,使用 PSCAD/EMTDC 電磁暫態仿真軟件搭建了該雙極 12 脈動高壓直流輸電工程的詳細模型,并驗證了所搭建模型的準確性。在此基礎上,針對孤島運行方式下送端掉機、換流站交流母線單相接地短路和直流單極閉鎖三種故障,分別仿真分析了在傳統附加控制器和可拓附加控制器作用下送端系統的頻率穩定性。 仿真研究結果表明,傳統直流附加控制器和本文所設計的可拓附加控制器對故障后系統的頻率穩定性均有顯著作用,能夠有效平衡系統功率差額,及時抑制系統頻率振蕩。由于傳統的直流附加控制器是基于線性控制方法,當系統實際運行點偏離控制器所設計的平衡點較遠時,控制效果將明顯受到制約。而基于可拓控制方法的可拓附加控制器,不僅考慮了頻率變化的幅度,還同時考慮了頻率變化的速度,進而能夠對系統頻率進行更加精準的控制,具有較好的收斂性,且故障后頻率能夠更快的恢復穩定。 
.........
參考文獻(略)
 

優秀工程碩士論文范文篇九

 
第一章  緒論 
 
1.1 研究背景及意義 
我國水資源開發利用方式比較粗放,水污染嚴重,部分地區水資源開發利用接近或超過水資源承載能力,過度開發、無序開發、低效利用水資源問題十分突出,嚴重危及水資源可持續利用(孫素艷等 2011)。因此,只有加快推動節水型社會建設,落實最嚴格水資源管理制度,才能從根本上解決水資源短缺的瓶頸制約,以水資源的可持續利用保障經濟社會的可持續發展(陳雷 2012)。 石化行業是我國的基礎產業和支柱產業。同時,石化行業也是用水較多、污染較為嚴重的行業,是我國工業用水大戶。隨著經濟的發展,石化企業的生產規模不斷擴大(劉正  2007),對水資源的需求日益增加,水資源的短缺已經嚴重影響到該行業的可持續發展。加之石化行業排放的廢水組成成份復雜,處理難度大,對水環境影響也較大。因此,水資源短缺、水環境污染已經成為石化行業發展所面臨的主要問題(程丹 2009; 雷勛茂 2006; 齊賀 2008; 王煒亮 2007)。 國務院關于實行最嚴格水資源管理制度的意見(國發﹝2012﹞3 號)明確要求“全面加強節約用水管理,建立健全有利于節約用水的體制和機制。加快制定高耗水工業用水定額國家標準。加快推進節水技術改造,制定節水強制性標準,充分考慮不同工業行業和工業企業的用水狀況和節水潛力,合理確定節水目標”。 為貫徹落實最嚴格水資源管理制度,石化行業根據自身用水特點,加強用水管理,修改和完善了相關的取水定額、水重復利用率等用水指標、評價標準及要求,用水評價標準在建設項目水資源論證、節水型企業評價等水資源管理工作中得以運用,有效地強化了水資源管理,對指導合理用水起到積極作用(于群和楊士峰 2013)。  但是,石化企業的用水水平分析與評價在實際操作過程中,主要依據單位產品取水量、工業水重復利用率用水指標評價企業用水水平,導致部分企業過分追求單項指標的提高,忽略了用水水平整體性的提升,并未合理有效利用水資源(楊友麒和莊芹仙 2012)。同時,現有的用水指標評價標準僅設定了一個定量指標,雖然方便評價,但是未能全面反映出企業真實的用水水平,即簡單地依據制定的評價標準對石化企業的用水水平進行評價,因此,實際應用中存在一些不足。 
............
 
1.2 國內外研究進展 
隨著人口持續增長和工業化發展,水資源的需求日益增加,水資源供需不平衡的矛盾進一步加劇,水資源短缺問題日益顯著。水資源利用效率的評價是保證水資源持續有效利用的前提和基礎。因此,國內外對水資源利用的效率進行了大量的研究(廖虎昌 2011)。在農業水資源利用效率研究方面,Angus, J F (2001)、Condon, A G 等(2002)研究植物在特定時段內 CO2吸收與蒸散比例來評價灌溉用水效率。Zoebl D(2006)通過對美國農業用水效率研究得出提高農業用水效率是解決農業用水不足的有效途徑。Bouman, B  A  M(2007)構建了作物水生產率的基本研究框架。Biazin,  B  和 Stroosnijder,  L(2012)指出采用土壤表面活性劑能提供植物根區滲透能力和持水能力。通過地膜覆蓋,可以有效地減少水量蒸發。Christian-Smith,  J 等(2012)分析了三種不同的灌溉技術對農業用水效率的影響及節水潛力,指出在干旱地區節水效果和用水效率提高顯著。Salazar-Moreno,  R 等(2014)等指出墨西哥農業用水量占可利用水量的 77%,并建議利用閉合式水系統、半封閉式溫室等現代農業技術來提高農業用水效率,以緩解對水資源的需求。Martinez, J and Reca, J (2014)采用地表滴灌方法和改進地下滴灌方法兩種方法對有機橄欖產量和灌溉用水效率的影響進行了分析對比,結果表明采用改進地下滴灌方法的灌溉用水效率較高。Azad, M A  S 等 (2015)等基于非徑向 DEA 模型對澳大利亞灌溉農業的經濟效益進行評價,評價結果表明灌溉農業整體管理水平較高,但對水資源的管理效率較低,并提出必須制定相關政策提高水資源利用效率以保證灌溉農業的可持續發展。Gadanakis, Y 等(2015)根據農業用水評價標準,采用數據包絡分析方法對英格蘭農場進行用水效率進行分析與研究,通過分析得到在平均用水需求減少 35%的情況下農場仍可得到相同的產出。同時,根據具體的用水效率管理措施的實施情況,指出利用決策支持工具、加強水重復利用等措施有利于提高農場的用水水平。 
............ 
 
第二章 我國石化行業發展及用水情況 
 
2.1 我國石化行業發展現狀 
石化是一個大概念,是石油化學工業的簡稱,包括石油煉制和石油化工。石油煉制是指將原油經過常減壓蒸餾、催化裂化、規劃重整、加氫裂化及加氫精制等一系列煉制過程生產各種石油產品。石油化工是指以輕質油品等石油細加工產品和天然氣、石油氣為主要原料,經過裂解、分離、合成等工藝過程,生產出各種各樣有機化工原料、精細石化產品、合成樹脂、合成橡膠等產品。根據國家統計局統計,2013 年,我國的煉油能力達到 6.27 億 t/a,同比增加了8.5%,原油加工能力保持世界第二。原油加工量達到 4.786 億 t,同比增加 3.3%。乙烯產能達到 1776.5 萬 t/a,為世界第二大乙烯生產國,占全球乙烯產能的 12.5%,乙烯產量為 1599.38 萬 t,同比增長 7%。三大合成材料中,合成樹脂生產 5837 萬 t,位列世界前列;合成橡膠生產能力達到 509 萬 t/a,產量 409 萬 t。成為世界最大的合成橡膠生產國;合成纖維產量 3731.5 萬 t,同比增長 37.02%。2005 年—2013 年我國原油加工產量及主要石化產品產量如表 2-1 所示。
.........
 
2.2 我國石化行業用水現狀
石化行業是我國高用水行業之一,據統計,2010 年我國用水總量為 6022.0 億 m3,工業用水量為 1447.3 億 m3,占全國用水總量的 25.0%。石油、石化產品總用水量約為58.7 億 m3,占工業用水總量的 4.1%。其中,石油煉制用水量為 3.2 億 m3,石化產品用水量為 45.5 億 m3(張繼群 2014)。 隨著我國經濟社會的發展和工業化進程的加快,人們對石油及石化產品的需求日益增加,石化產業規模進一步擴大,導致對水資源的需求增加。加之,我國石化產業布局相對分散,水資源時空分布不均的特點造成了各石化企業水資源情況差異較大,除部分企業供水充足外,其他企業均存在不同程度的水資源短缺問題,其中 60%的石化企業處于嚴重缺水地區,水資源短缺已成為企業持續發展所面臨的主要問題(韓政 2011)。 為有效解決水資源供需不平衡問題,石化企業從多方面采取措施來提高水資源的利用效率。在取用水水源方面,石化企業采用多元化取水,優選和合理布置水資源。積極開發利用非常規水資源,如海水淡化利用、再生水回用、雨水回用等;在節水工藝和技術方面,淘汰落后生產工藝,加快改造用水工藝,推廣節水工藝,積極推進企業水資源循環利用和工業廢水處理,實現廢水資源化;在用水管理方面,提高員工節水意識,制定嚴格的用水管理及節水型企業評價考核制度,推動節水型企業建設。通過以上措施的實施,我國石化行業整體用水水平得到明顯的提升,節水成效顯著。 
..........
 
第三章 石化企業用水特征及用水水平分析 ....... 15 
3.1 用水分類及用水系統 ..... 15 
3.1.1 用水分類 ......... 15 
3.1.2 用水系統 ......... 16 
3.2 主要節水減排措施 ....... 17 
3.3 石化企業用水水平分析 .......... 18 
3.3.1 石油煉制企業用水水平分析 ....... 18 
3.3.2 石化產品生產企業用水水平分析 .......... 25 
3.3.3 石化企業用水水平分析中存在的問題 ...... 36 
第四章 石化企業用水水平評價方法 ...... 38 
4.1 常用的綜合評價方法 ..... 38 
4.2 用水水平評價方法 ....... 39 
4.2.1 物元分析法 ....... 40 
4.2.2 灰色關聯分析法 .......... 41 
4.2.3 模糊綜合評價法 .......... 43 
4.3 評價指標的選取 ......... 44 
第五章 典型石油煉制企業用水水平評價 ......... 48 
5.1 基于物元分析法的評價分析 ...... 49
5.2 基于灰色關聯分析法的評價分析 ......... 56
5.3 基于模糊綜合評價法的評價分析 ......... 58
5.4 評價結果綜合分析 ....... 62 
 
第五章 典型石油煉制企業用水水平評價 
 
由于石油化工產品種類繁多,生產工藝不同,導致產品生產用水差異大。即使同種產品不同的生產工藝,用水量也存在較大差異。加之,目前缺乏針對石油化工用水特點制定的用水評價指標和評價標準。因此,本章僅對石油煉制企業用水水平進行評價。 從石化企業的布局、規模、水資源條件等方面考慮,結合收集到的石油煉制企業的用水數據和資料,本章選取大連石化、鎮海煉化、燕山石化、克拉瑪依石化、勝利油田和中捷石化共 6 家典型石油煉制企業,進行用水水平分析與評價。各石油煉制企業數據資料的時間段為 2009-2011 年。6 家石油煉制企業的基本信息如表 5-1 所示。 根據表 5-2 所示,對于重復利用指標,6 個企業重復利用率基本滿足節水型企業重復利用率指標要求,這表明我國石化行業整體的水重復利用率較高。對于濃縮倍數指標,只有鎮海煉化高于指標標準值,燕山石化達到指標標準要求,其余企業濃縮倍數明顯低于標準值。 對于單位產品取水量和單位產品排水量指標,其大小與企業煉油規模存在顯著的聯系,大連石化、鎮海煉化、燕山石化均是千萬噸級的大型煉油企業,其單位產品取水量和單位產品排水量明顯低于中小型企業克拉瑪依石化和中捷石化,表明企業的大型化能有效的降低對新水的取水量和減少污水的排放。 整體來看,只有鎮海煉化企業滿足節水型企業用水指標標準的全部要求,其他企業因個別指標不能完全滿足節水型評價要求,但部分指標達到或優于評價標準。顯然,簡單的指標考核標準,不能較全面、科學、合理地反映企業用水水平。因此,本章選取物元分析法、灰色關聯分析法和模糊綜合評價法對各石化企業用水水平進行評價,對比分析不同的方法的評價結果,為提高石油煉制企業用水水平評價的合理性提供一定的依據。 
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結論 
 
石化行業是工業高用水行業之一,水資源短缺問題已成為限制石化行業持續發展的瓶頸。因此,提高水資源利用效率,是解決水資源短缺的有效措施。本文在對我國石化行業用水現狀、石化企業用水情況分析的基礎上,對石化企業的用水水平進行了評價研究。主要的研究結論如下: 
(1)隨著我國石化行業煉化一體化基地發展,帶動區域石化產業的規模化、集約化程度進一步提高,進而實現水資源的高效利用。與此同時,基地化、園區化的發展也帶來了對水資源需求的急劇增加,導致水資源供需不平衡情況加劇。因此,石化行業對水資源的利用將加快推動取水水源多元化發展、優化用水系統等節水減排措施的實施,合理高效的利用常規和非常規水資源,以滿足石化行業持續發展對水資源的需求。 
(2)根據收集的石化企業水平衡測試報告和建設項目水資源論證報告,對石油煉制企業(項目)和石油化工項目用水水平進行了分析。結果表明,我國部分大型石油煉制企業(項目)的用水指標滿足節水型企業的評價標準,且單位產品取水量、單位產品排水量、水重復利用率等用水指標接近或處于國際先進水平。石油化工項目的用水指標亦符合相應評價標準要求。但是,在現有或新建的石化企業的用水水平分析過程中,由于用水評價指標體系不統一、用水評價標準修訂滯后等問題,導致對石化企業用水水平的評價存在一定的片面性,未能真實、合理的反映企業用水水平。 
(3)結合石化行業相關標準,選取用水評價指標,設定用水評價標準,采用層次分析法和熵值法分別對用水評價指標進行賦權,在此基礎上,運用物元分析法、灰色關聯分析法和模糊綜合評價法對典型石油煉制企業用水水平進行評價。評價結果表明,鎮海煉化用水水平最高,其次是燕山石化。用水水平最低的是克拉瑪依石化,其次為中捷石化。大連石化和勝利油田的用水水平隨賦權和綜合評價方法的不同而改變。 
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參考文獻(略)
 

優秀工程碩士論文范文篇十

 
第一章   緒論 
 
1.1  選題依據及研究意義 
拉林河東臨牡丹江,北側為螞蟻河、阿什河及松花江干流,西南與第二松花江流域為鄰,流域地理位置介于東經125°34′~128°34′、北緯 44°00′~45°30′之間。拉林河是黑龍江省與吉林省兩省的界河,流經黑龍江省五常市、雙城市、尚志市,吉林省舒蘭市、榆樹市、扶余市,拉林河干流河長 450km,界河長約 233km。流域面積 1.99 萬 km2,其中黑龍江省流域面積 1.12 萬 km2,占流域總面積的 56.33%;吉林省流域面積 8701km2,占流域總面積的 43.67%。主要支流有牤牛河、細鱗河和卡岔河。拉林河流域水功能區長度1504.2km,其中,保護區 336.2km、保留區 177.5km、緩沖區 352.1km、開發利用區 638.4km。拉林河流域省界緩沖區包括拉林河吉黑緩沖區 1、拉林河吉黑緩沖區 2、牤牛河黑吉緩沖區和細鱗河(溪浪河)吉黑緩沖區 4 個省界緩沖區,緩沖區總長度 302.3km。 拉林河流域是我國的重要商品糧基地,左岸的榆樹市連續八年為全國產糧第一縣市;右岸的五常市是我國的優質稻米之鄉,馳名中外。近些年來,隨著拉林河兩岸城市經濟的快速發展,拉林河承泄了大量的工業生產廢水和灌區灌溉退水,已成為了沿岸城市的排污通道,給拉林河水資源保護帶來了前所未有的壓力。本論文以拉林河重要省界緩沖區為研究區域,采取野外監測和室內分析相結合的手段,對研究區內的點源和非點源污染的分布特征、排放情況進行了實地調查;在此基礎上,應用數學模型計算了研究區內的污染負荷;根據 2007~2014 年的水質監測數據,對研究區內的水質達標情況進行了評價,并分析了區內水質變化趨勢。研究結果為拉林河流域水污染污染防治和管理提供科學依據,對于改善拉林河乃至松花江的水環境質量具有重要實際意義。 
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1.2  國內外研究進展及發展趨勢
水功能區是指為滿足水資源合理開發和有效保護的需求,根據水資源的自然條件、功能要求、開發利用現狀,按照流域綜合規劃、水資源保護規劃和經濟社會發展要求,在相應水域按其主導功能劃定并執行相應質量標準的特定區域。省界緩沖區是水功能區之一“緩沖區”的主要形式,主要是為了協調省際用水關系,控制上游對下游或相鄰省區水污染,以省界為中心向附近省級行政區域擴展而劃分的緩沖水域。這是水功能區劃中專門為跨省級行政區設立的一類功能區,是流域管理的重要區域和關鍵環節。 近些年來,松遼流域水資源保護局開展了拉林河流域省界緩沖區的監測和研究等工作,松花江流域省界緩沖區 25 個,監測斷面 47 個。松花江流域省界緩沖區Ⅱ類水質占 16.5%  ,Ⅲ類水質 57.5%,Ⅳ類水質占  19.0%  ,Ⅴ類水質占 4.5%,劣Ⅴ類水質占  2.5%,主要超標項目為氨氮、總磷和高錳酸鹽指數等。
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第二章   研究區概況 
 
2.1  拉林河流域自然概況
拉林河為松花江干流右岸的一級支流,發源于張廣才嶺山脈的老爺嶺西麓白石砬子山,于哈爾濱以上 150km 處注入松花江。流域東臨牡丹江流域,北側為螞蟻河、阿什河及松花江干流,西南與第二松花江流域為鄰,流域地理位置介于東經125°34′~128°34′、北緯 44°00′~45°30′之間。拉林河流域地勢東南高、西北低,最高為老爺嶺 1682m,河口高程僅為 121m。河網密集系數為 0.31,河道平均比降1.1‰。拉林河向陽山以上為上游段,屬山區,植被良好,谷窄流急,河道比降較陡,約為 2.5‰,河床組成多為沙、礫石,河寬 50m~100m,深度 3m 左右。在沈家營處谷寬約 500m,河寬為 55m;向陽山至牤牛河口為中游段,地勢漸緩,屬丘陵區,河道比降逐漸平緩,平均約為 0.33‰,兩岸山丘低平,臺地起伏,間夾沖積平原,河谷變得開闊,谷寬一般在 2km 以上,最寬處可達 5km,河道逐變彎曲;牤牛河口以下為下游平原區,河谷、灘地寬達 3km~15km,大部分為沼澤地,土地肥沃。兩岸地勢低平。河道彎曲,河床寬淺,河寬在 150m~400m,深度為 3m~4.5m,河道平均比降約 0.12‰~0.16‰。拉林河流域水系見圖 2-1。拉林河流域東鄰張廣才嶺西坡,西與松嫩平原接壤,地形復雜。呈現出東南部為中低山丘陵區,山高而陡峭,海撥 240m~500m,東南部大禿頂子山主峰海撥1696.20m;中部河谷平原區及西北部低而平緩的高平原區,海拔 180m~240m,表面波狀起伏,水系發育。縱觀拉林河流域地勢由東南向西北傾斜之勢,地貌按成因可分為剝蝕堆積地貌和堆積地貌。地勢圖見圖 2-2。 
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2.2  社會經濟概況
拉林河流域土地肥沃,人口密集,為黑、吉兩省及全國重要的糧食生產基地,主要作物有水稻、玉米、大豆和谷子。據基準年資料統計,拉林河流域內有 7 市(縣),總人口 348 萬人。耕地面積 1261.16 萬畝,GDP 為 956 億元,糧食總產量 729 萬 t。境內交通發達,哈大、哈吉鐵路自拉林河流域西、中部南北穿過。拉林河流域上游多為山區,自然資源豐富,是向哈爾濱市調水重要的水源涵養區。該區封山育林,重點發展林果類、菌類、中藥材等種植業。拉林河流域中下游地區耕地資源豐富。大力發展農區畜牧業,大力發展現代高效節水農業。 扎實推進社會主義新農村建設。用現代物質條件裝備農業,用現代科學技術改造農業,用現代產業體系提升農業。進一步發展農業的區域化、規模化和專業化生產,提高農產品產量、質量和安全水平。提升農業發展基礎,加強以中低產田改造和節水灌溉為重點的農業綜合生產能力建設,提高農業科技、服務水平,構筑現代農業發展支撐體系。 
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第三章  重要省界緩沖區基礎調查成果統計與分析 ...... 12 
3.1  點源污染調查 ...... 12 
3.2  非點源污染調查 .... 16
3.2.1 灌區調查 ..... 16 
3.2.2 水土流失調查 ..... 21 
3.3  其它污染源的調查與分析 .......... 21 
第四章  拉林河流域污染負荷計算 .......... 27 
4.1  點源污染負荷計算 ...... 27
4.2  非點源污染負荷計算 .......... 28 
4.3  重要省界緩沖區污染負荷的統計分析 ...... 37 
第五章  重要省界緩沖區水質達標評價及超標因子解析 ...... 38 
5.1  水質現狀達標評價 ...... 38 
5.1.1  評價標準及方法 ........ 38 
5.1.2  監測斷面和評價因子........ 39 
5.1.3  評價結果 .... 40 
5.2  拉林河吉黑緩沖區 2 水質變化趨勢分析 ......... 53 
 
第五章  重要省界緩沖區水質達標評價及超標因子解析
 
5.1  水質現狀達標評價
以《地表水環境質量標準》(GB3838-2002)為評價標準,采用單因子指數法對省界緩沖區水質達標情況作出評價。單因子指數法的基本思路是利用 j 監測斷面第i 項水質參數的監測濃度 Cij與指定水體功能水質標準濃度 Csj相比,根據比值大小,判斷評價水體水質是否滿足相應的功能標準。單因子指數法的評價公式如下:根據松遼水環境監測中心 2014 年對向陽、振興、牛頭山大橋、蔡家溝、板子房、肖家船口、和平橋、牤牛河大橋 8 個斷面逐月的水質監測數據,分別對各月、豐平枯、年均等不同時間尺度的省界緩沖區水質達標情況進行了評價分析。評價因子包括 PH 值、溶解氧、高錳酸鹽指數、化學需氧量、五日生化需氧量、氨氮、總磷、銅、鋅、氟化物、硒、砷、汞、鎘、六價鉻、鉛、氰化物、揮發酚、石油類、陰離子表面活性劑、硫化物、糞大腸菌群 22 項水質指標。各緩沖區內監測斷面的基本信息見表 5-1 與圖 5-1。評價結果表明:拉林河吉黑緩沖區 1 水質達標狀況較好,枯水期、平水期、豐水期均能夠達到Ⅲ類水質標準。化學需氧量、五日生化需氧量、總磷等易超標因子部分月份能夠達到Ⅱ類,甚至Ⅰ類水質標準。從對下游水功能區的水質影響來看,拉林河吉黑緩沖區 1 水質能夠滿足下游拉林河五常市開發利用區水質標準,不會對下游水功能區水環境質量產生不利影響。  
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結論 
 
本文以拉林河流域重要省界緩沖區為研究對象,采用野外實地調查和室內分析相結合的手段,首先對研究區內的污染源分布特征及排放規律進行了調研,并分析了其對水環境的主要影響;在此基礎上,應用數學模型計算了研究區的點源和非點源污染負荷;根據 2007~2015 年的水質監測數據,對研究區的水質達標情況及歷史變化趨勢進行了分析。主要得出以下結論: 
1、現階段查明研究區內分布有 19 個排污口,其中混合型排污口所排廢水水質較差,COD 濃度平均超過地表水Ⅴ類標準 3.2~3.6 倍,氨氮平均超過地表水Ⅴ類標準 4.4~9.0 倍;流域內現有 1 萬畝以上大中型灌區 29 處,灌溉退水中總氮濃度平均超過地表水Ⅲ類標準 1.7~2.1 倍,總磷濃度平均超過地表水Ⅲ類標準 1.2~3.9 倍。 
2、點源污染負荷的計算結果表明:現有 14 個排污口,每年向拉林河吉黑緩沖區 2 排放 COD6989.62t、氨氮 1313.82t。其中拉林啤酒廠排污口、榆樹污水廠排污口、新站排污口、雙城三排干排污口以及五常鎮第一排污口的 COD 排放量較大,這 5 個排污口所排 COD 數量占總排放量的 70.98%;蔡家溝蘭陵排污口、雙城三排干排污口、五常鎮第一排污口以及新站排污口的氨氮排放量較大,這 4 個排污口所排氨氮數量占總排放量的 79.69%。 非點源污染負荷結果表明:流域內灌溉退水為 28536.23 萬 m3/a,COD 入河負荷為 11414.49t/a,TN 入河負荷為 570.72 t/a,TP 入河負荷為 111.29 t/a、氨氮入河負荷為 228.29 t/a。 
3、2014 年 4 個重要省界緩沖區的水質達標評價結果表明:拉林河吉黑緩沖區 2水質較差,拉林河吉黑緩沖區 1、細鱗河吉黑緩沖區以及牤牛河吉黑緩沖區水質相對較好。拉林河吉黑緩沖區 2 的超標因子為氨氮、COD 和總磷。 對拉林河吉黑緩沖區 2 豐、平、枯水期的水質變化情況進行了分析。結果表明:拉林河吉黑緩沖區 2 枯水期氨氮污染、豐水期 COD 污染情況較為嚴重。  
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參考文獻(略)

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