南水北调中线工程渠道糙率的系统辨识

杨开林，汪易森

(1.中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038;2.国务院南水北调工程建设委员会专家委员会，北京 100038)

1 前言

南水北调中线工程是缓解我国北方水资源严重短缺、优化水资源配置、改善生态环境的重大战略性基础设施，其渠道断面尺寸大，形状多样，有梯形、矩形等，是宝贵的原型试验平台。目前，已经对南水北调中线京石段过水建筑物典型断面糙率进行了原型测试，按照常规水力学方法率定的糙率在0.013 37～0.015 7之间，大部分偏高，应用价值受到怀疑。目前，中线工程正在建设，需要准确可靠的实测糙率进行设计复核，同时，随着工程的建成，其运行水力控制也需要这一关键水力学参数。因此，开展中线工程渠道糙率的系统辨识研究，不仅具有重要的理论价值，而且具有十分重要的实用价值。

系统辨识是20世纪60年代从现代系统理论发展出来的科学分支，国外对河道糙率的辨识研究开展较早。Becker等(1972)[1]首先构造了一个关于明渠非恒定流参数辨识的影响系数方法，结合改进的单纯形法，最小化误差平方或最小化最大误差绝对值来反演糙率;Chiu等(1978)[2]以卡尔曼滤波配合观测的水深推求曼宁糙率;Wormleaton等(1984)[3]将水深和流量的相对误差函数作为优化函数，利用影响系数方法和非线性最小二乘算法求解最适合的糙率以缩减水深、流量的相对误差;Crissman等(1993)[4]以圣维南方程为基础建立了河床糙率随时间变化的预测模式;Wasantha Lal(1995)[5]采用奇……