[發(fā)明專利]用于洪水演進(jìn)數(shù)值計(jì)算的網(wǎng)格流出率的修正方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310478327.5
• 申請日: 2013-10-14
• 公開（公告）號: CN103530461A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張家華
• 申請（專利權(quán)）人: 南京曉莊學(xué)院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 南京同澤專利事務(wù)所(特殊普通合伙) 32245
• 代理人: 蔣全強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于洪水演進(jìn)數(shù)值計(jì)算的網(wǎng)格流出率的修正方法。

背景技術(shù)

洪水災(zāi)害是指山丘地區(qū)在強(qiáng)降雨影響下，短時間內(nèi)形成具有較大洪峰流量的洪水。我國地處東亞季風(fēng)區(qū)，山區(qū)和丘陵地區(qū)占國土地面積的三分之二。其中，洪水災(zāi)害的優(yōu)先預(yù)防面積達(dá)97萬，影響人口1.3億。近年洪水災(zāi)害造成的死亡人數(shù)占全國洪澇災(zāi)害死亡人數(shù)的比例超過70%，成為造成人員傷亡的主要災(zāi)種。隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，洪水災(zāi)害的防治工作越來越被重視。

早先，國際通用的洪水災(zāi)害的預(yù)測技術(shù)是對溝道、溝口進(jìn)行實(shí)地采樣，根據(jù)有可能的災(zāi)害種類和等級確定危險指數(shù)。最具代表性的是Aulitzky提出的荒溪分類及危險區(qū)制圖指數(shù)法，通過收集9種指標(biāo)51個具體因子劃分出不同等級的危險區(qū)。隨著地理信息系統(tǒng)、數(shù)字高程模型、遙感和衛(wèi)星遙測等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，基于平面淺水波方程的模擬方法被廣泛應(yīng)用于對流域內(nèi)洪水、洪水及泥石流等災(zāi)害現(xiàn)象的預(yù)測和定量分析中。該方法不受模型實(shí)驗(yàn)相似性理論的限制，可快速、精確的揭示災(zāi)害發(fā)生的原因及過程，從而大大提高洪水等突發(fā)洪水的預(yù)見期。最常用的平面二維模擬數(shù)值方法包括有限元法、有限體積法和有限差分法。針對洪水模擬，Jin等提出了使用二階迎風(fēng)格式離散動量方程的非線性對流項(xiàng)和二階leap-frog格式離散線性對流項(xiàng)模擬Nakdong?流域的泛濫過程。Roger?等提出一種MacCormack+TVD格式的邊界擬合數(shù)值模型，通過檢測每個時間步長下的水深是否到達(dá)干枯臨界值判定動邊界范圍。丹麥DHI水資源與環(huán)境研究院采用隱式交替方向算法開發(fā)了水動力學(xué)模擬軟件Mike21。

在面向洪水泥石流災(zāi)害二維數(shù)值模擬中，由于流域地形陡峭，水流量急速變化，在較大計(jì)算時間步長下的動邊界處理過程中,對流出量簡單的歸零處理往往導(dǎo)致負(fù)水深，造成模擬過程中的質(zhì)量與動量不守恒，最終導(dǎo)致計(jì)算數(shù)值不穩(wěn)定甚至計(jì)算發(fā)散而得不到結(jié)果。近年來，Satofuka和Mizuyama（2005）采用一維數(shù)值模型計(jì)算了明渠洪水對山區(qū)河床、水壩造成的影響。而Nakatani等（2008）采用二維數(shù)值模擬模型，基于洪水淹沒深度和沉降的變化對其形成的沖積扇進(jìn)行了模擬計(jì)算。

由于洪水發(fā)生地的地形具有陡峭且凹凸不平的特點(diǎn)，因此洪水的邊界范圍、流速和水深都急劇變化。在以往的移動邊界計(jì)算中，經(jīng)常發(fā)生水面標(biāo)高低于地面標(biāo)高的情況，也就是計(jì)算后的水深變?yōu)樨?fù)值。導(dǎo)致計(jì)算域內(nèi)的質(zhì)量不能保證守恒，穩(wěn)定性變差，甚至計(jì)算發(fā)散而得不到結(jié)果，從而直接影響到洪水演進(jìn)數(shù)值模擬計(jì)算無法順利進(jìn)行。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于洪水演進(jìn)數(shù)值計(jì)算的網(wǎng)格流出率的修正方法，該修正方法解決了當(dāng)出現(xiàn)水面標(biāo)高低于地面標(biāo)高的情況，洪水演進(jìn)數(shù)值計(jì)算無法順利進(jìn)行的技術(shù)問題。

?為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于洪水演進(jìn)數(shù)值計(jì)算的網(wǎng)格流出率的修正方法，包括：

①獲取一洪水高發(fā)地區(qū)的遙感影像，通過該遙感影像建立一計(jì)算域內(nèi)所述洪水高發(fā)地區(qū)的數(shù)字高程模型；

建立所述數(shù)字高程模型的方法包括：

所述計(jì)算域按照一定空間步長（????????????????????????????????????????????????、）進(jìn)行分割后得到二維規(guī)則網(wǎng)格模型，定義（i，j）為該二維規(guī)則網(wǎng)格模型中一網(wǎng)格，且該網(wǎng)格為正方形網(wǎng)格，其中，設(shè)定該二維規(guī)則網(wǎng)格模型中任一網(wǎng)格的水深為H，且與該網(wǎng)格按X軸同方向的單寬流量M，與Y軸同方向的單寬流量?N；同時設(shè)定所述洪水演進(jìn)數(shù)值計(jì)算的時間步n，以及該時間步n對應(yīng)的時間步長。

②通過單寬流量公式獲得所述二維規(guī)則網(wǎng)格模型中各網(wǎng)格在n+1時間步的所述單寬流量M和單寬流量?N；其方法，包括：

預(yù)設(shè)初始條件，即，在n時間步，且設(shè)定位于所述計(jì)算域的邊界上的流量輸入起始界的各邊界網(wǎng)格的初值參數(shù)，該初值參數(shù)包括：初始水深，所述單寬流量M的對應(yīng)流速矢量，以及所述單寬流量N的對應(yīng)流速矢量；在所述單寬流量公式中位于所述計(jì)算域外的網(wǎng)格的初值參數(shù)與該網(wǎng)格相鄰的一邊界網(wǎng)格的初值參數(shù)相同，且位于所述計(jì)算域內(nèi)的網(wǎng)格的初值參數(shù)的相應(yīng)取值為0。