[發(fā)明專利]一種利用完整二維淺水方程組獲得流域單位線的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810240185.1
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108446502B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 張大偉;權(quán)錦;丁留謙;向立云;馬建明;劉建剛;劉穎;闞光遠;張夢婕;王帆
• 申請（專利權(quán)）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(mào)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11001
• 代理人: 李瑾;李連生

1.一種利用完整二維淺水方程組獲得流域單位線的方法，其特征在于：采用能夠捕捉激波的高分辨率數(shù)值格式離散完整的二維淺水方程組來構(gòu)建二維淺水數(shù)學模型，利用該模型模擬連續(xù)時段凈雨在流域坡面上的運動過程，得到流域出口處的S曲線，根據(jù)S曲線得到流域單位線；其具體方法步驟如下：

1)獲取流域地形數(shù)據(jù)和流域地貌類型數(shù)據(jù)，流域地形分辨率不低于10m；

2)完整二維淺水方程組的離散：采用Roe格式離散完整的二維淺水方程組，建立二維淺水數(shù)學模型，使該數(shù)學模型能夠準確模擬流域坡面水流的運動過程；

3)流域計算范圍離散及參數(shù)賦值：采用三角形非結(jié)構(gòu)單元離散流域計算范圍，對流域內(nèi)的擋水構(gòu)筑物和溝渠部分進行加密；采用地形數(shù)據(jù)對網(wǎng)格型心和網(wǎng)格節(jié)點進行高程插值，獲取網(wǎng)格型心和單元節(jié)點處的高程數(shù)據(jù)；根據(jù)流域地貌類型數(shù)據(jù)對網(wǎng)格單元的糙率進行賦值，區(qū)分坡面和溝道糙率差異；

4)設置凈雨輸入條件：根據(jù)S曲線定義，設置一定時段內(nèi)的凈雨量10mm，該時段標記為DT，假定該凈雨過程持續(xù)不斷，以此作為二維淺水數(shù)學模型的輸入條件；

5)設置流域出口邊界條件：設定流域出口邊界為自由跌水出流；

6)啟動二維淺水數(shù)學模型計算：所有網(wǎng)格單元的初始流速和水深均設置為0；流域干濕閾值的判別指標設置為10^‐6m；設置CFL<1.0；運行二維淺水數(shù)學模型；

7)獲取該流域時段為DT的單位線：當流域出口流量值達到穩(wěn)態(tài)的F×i后，其中F為流域面積，i為降雨強度，二維淺水數(shù)學模型計算結(jié)束，隨后輸出流域出口邊界處的流量過程即為該流域時段為DT的S曲線，進一步得到時段為DT的單位線；步驟7)中根據(jù)公式(2)得到時段為DT的單位線；

q(DT,t)＝S(DT,t)-S(DT,t-DT) (2)

其中，q即為單位線過程上t時刻對應的流量值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用完整二維淺水方程組獲得流域單位線的方法，其特征在于：步驟(2)完整二維淺水方程組的離散，完整二維淺水方程組的守恒形式如下：

其中：

h為水深，u，v分別為x，y方向的流速，t為時間；

分別為x，y方向的坡度，Z_b為地面高程，g為重力加速度；

分別為x，y方向的摩阻項，其中n為Manning糙率系數(shù)，r為凈雨源項；

選用三角形非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格作為基本離散單元，在每個單元格內(nèi)假定坡面流為水深均勻的薄層流動；采用三角形網(wǎng)格三點的坐標值計算該單元x，y方向的坡度，采用Roe格式計算單元界面間數(shù)值通量，對數(shù)值通量進行修正；摩阻項采用半隱式格式處理，具體形式如下：

其中：h為水深，u，v分別為x，y方向的流速，g為重力加速度，n指n時刻，n+1指n+1時刻。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用完整二維淺水方程組獲得流域單位線的方法，其特征在于：步驟(4)設置凈雨輸入條件，根據(jù)洪水量級的不同，可設置不同量級的連續(xù)時段凈雨作為輸入條件，得到不同雨強條件下對應的單位線組。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用完整二維淺水方程組獲得流域單位線的方法，其特征在于：步驟(5)設置流域出口邊界條件，采用自由跌水出流狀態(tài)，即假定與流域出口單元相連接的虛單元水深為0，虛單元高程與對應出口單元高程相等，單元出口界面處的數(shù)值通量利用Roe格式求解。