[發明專利]基于穩定水流場的流域地表徑流匯流模擬方法及實時計算裝置

有效

• 申請號: 201711019972.5
• 申請日: 2017-10-26
• 公開（公告）號: CN107590354B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 陳軍;唐古拉;文軍;呂朝陽;劉意
• 申請（專利權）人: 成都信息工程大學;國科創（北京）信息技術有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 張仲波;李銳

1.一種基于穩定水流場的流域地表徑流匯流模擬方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、建立柵格模式下的N-S方程，其中，每一柵格單元僅能與周圍8個相鄰柵格進行水流交換，并將N-S方程分解為平流項、壓力項和外力項；

所述S1中的平流項，采用以下方式進行模擬：

使用偏移矢量分別標識中心柵格像元的8個相鄰像元，則鄰域柵格流入到中心柵格的水量比例p為：

式中，為偏移矢量，為鄰域柵格的水流速度矢量，且該水流速度歸一化到[-1,1]之間；

然后，計算中心柵格時間片上的最終速度v′_c：

v′_c＝(p_c+Δp)/m′

其中，p_c為初始動量，Δp為動量增量，m′為平流計算更新后的水量；

S2、在徑流匯流模型中進行水流混合模擬，其中，在每一時間片上，每一柵格單元均計算與周圍8鄰域柵格的總動量和總水量，以得到所述每一柵格單元新的流速；

S3、利用所述S2得到的徑流匯流模型對流域內水流場進行迭代，直至整個流域在所有位置上水深和流速不再繼續增加，并保持相對穩定，從而獲得穩定水流場。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中，所述每一柵格單元的水流來源包括水流流入、降雨補給；水流支出包括水流流出、植被截留、下滲、蒸發。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述下滲的下滲率為：

式中，S、A為反映下滲影響因素的參數，t為時間；

同一位置上的植被截留、蒸發對應的蒸發率在模擬時間段內保持不變。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中的壓力項，采用以下方式進行模擬：

鄰域柵格對中心柵格的壓力梯度產生的速度矢量增量ΔV表示為：

中心柵格流入或流出到特定鄰域柵格的水量Q為：

式中，D為水流交換率，表示偏移矢量為的鄰域柵格與中心柵格的水體高度差，dr為鄰域柵格單元與中心柵格在水平面上的水流距離相關的常量，為偏移矢量，a為正數常量。

5.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S1中的外力項，通過以下方式模擬：

水速變化表示為：

式中，k為大于0的比例系數；

將水深與水速結合，當水深低于給定閾值時，將水速乘以衰減系數以減小水流速度，衰減系數ε為：

其中，σ為根據流域特征待定的摩擦比例系數，水流摩擦力的上界深度dmax，下界深度為dmin，中心柵格水深為d；表示偏移矢量為的鄰域柵格與中心柵格的水體高度差，dr為鄰域柵格單元與中心柵格在水平面上的水流距離相關的常量，為偏移矢量。

6.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2中，所述時間片的時長Δt為：

Δt＝C/μ

式中，Δt為計算時間步長，單位為s；C表示流域柵格的分辨率，單位為m；μ為最大流速，單位為m/s。