[發明專利]一種基于Godunov格式一、二維耦合技術的山洪數值模擬方法

有效

• 申請號: 201611143339.2
• 申請日: 2016-12-13
• 公開（公告）號: CN106599457B
• 公開（公告）日: 2017-12-05
• 發明（設計）人: 張大偉;權錦;馬建明;鞠琴;呂燁;張洪斌;喻海軍;穆杰;吳濱濱
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京國林貿知識產權代理有限公司11001
• 代理人: 李桂玲,李連生

1.一種基于Godunov格式一、二維耦合技術的山洪數值模擬方法，其特征在于：該方法采用水動力學方法來模擬山洪過程，包括以下步驟：

1)獲取流域的數字高程模型數據、溝道斷面數據、流域土地利用類型遙感影像數據和降雨輸入數據；

2)采用四邊形非結構網格離散山區流域坡面單元，采用一維有限控制體單元離散溝道部分；

3)采用顯格式進行坡面二維計算和溝道一維計算，首先確定一維、二維計算采用的時間步長Δt；

4)采用完整二維淺水方程組描述山洪坡面流動，采用Roe格式顯式計算網格界面處的數值通量；由t時刻的凈雨強度值和t時刻流域坡面水力要素值，計算t時刻二維網格單元普通單元邊界面處的數值通量值；

5)采用堰流公式計算二維坡面交互單元邊處在t時刻的流量值；

6)采用一維淺水方程組描述溝道山洪運動，采用HLL格式顯式計算控制體界面處的數值通量；由t時刻的坡面入流邊界條件和t時刻溝道的水力要素值，計算t時刻溝道一維控制體單元界面處的數值通量；

7)根據t時刻二維網格單元普通邊界面處的數值通量和t時刻交互單元邊處的流量值，計算二維坡面網格單元在t+1時刻的水力要素值；

8)根據t時刻一維控制體單元界面處的數值通量和t時刻交互單元邊處的流量值，計算一維控制體單元在t+1時刻的水力要素值；

9)獲取t+1時刻的凈雨強度值，重復步驟4)～8)，直到計算結束。

2.根據權利要求1所述的山洪數值模擬方法，其特征在于：步驟4)二維淺水方程組中的連續方程為如式(1)：

∂h∂t+∂hu∂x+∂hv∂y=q2r+q2c---(1)]]>

式中：h為水深；u，v分別為x，y方向的流速；q_2r為凈雨源項；q_2c為坡面與溝道水流交互源項。

3.根據權利要求1所述的山洪數值模擬方法，其特征在于：步驟5)中采用如式(2)的堰流公式計算二維坡面交互單元邊處在t時刻的流量值：

式中，h_上＝max(Z_坡,Z_溝)-Z_連；h_下＝min(Z_坡,Z_溝)-Z_連；q為通過二維單元連接邊處的單寬流量；Z_坡為二維連接單元水位，Z_溝為對應的一維溝道單元水位，Z_連為連接邊的高程值；g為重力加速度。

4.根據權利要求1所述的山洪數值模擬方法，其特征在于：步驟6)一維淺水方程組中的連續方程為如式(3)：

B∂Z∂t+∂Q∂x=q1r+q1c---(3)]]>

式中：B為斷面寬度，Z為水位，Q為流量，q_1r為凈雨源項，q_1c為溝道與坡面水流交互源項。