[發明專利]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

• 申請號: 201810240185.1
• 申請日: 2018-03-22
• 公開（公告）號: CN108446502B
• 公開（公告）日: 2019-01-29
• 發明（設計）人: 張大偉;權錦;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）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: 李瑾;李連生

本發明公開了一種利用完整二維淺水方程組獲得流域單位線的方法。利用水動力學的手段解決一個水文學的問題，首先離散二維淺水方程組建立高分辨率的二維淺水數學模型，保證該二維淺水模型能夠準確模擬坡面徑流過程，然后采用三角形非結構網格剖分計算區域，進行高程賦值和糙率賦值，為避免流域洼地蓄水造成的流域出口水量不守恒問題，設置連續的時段凈雨過程為模型輸入條件，流域出口設置為自由跌落出流條件，設置流域初始狀態后進行二維淺水數學模型計算，計算結束后，輸出流域出口處的流量過程即為該流域的S曲線，利用轉換公式獲得該流域的時段單位線。本方法有效彌補現有水文方法的不足，為無水文資料地區的洪水匯流分析計算提供了一種新的途徑。

技術領域

本發明屬于水利工程技術領域，特別涉及一種利用完整二維淺水方程組獲得流域單位線的方法。

背景技術

所謂單位線是指單位時段內在流域上均勻分布的單位凈雨量在流域出口斷面形成的流量過程線，單位線法是流域匯流計算最常用的方法之一。傳統業務應用上，常采用分析法和試錯法來推求一個流域的單位線，這些方法的應用需要一個前提條件，那就是流域有充分的實測降雨和徑流數據。但是，在我國大部分中小流域中，并無充分的降雨徑流數據。

當前，我國目前正在開展山洪災害治理項目和中小河流治理項目，在項目建設過程中，有很多科學技術問題亟待解決，如山洪危險區的劃分問題、山洪預警指標閾值的確定問題、山洪風險圖成圖技術、中小河流的預報預警問題等，這些問題的解決都離不開流域暴雨洪水分析計算技術。很多傳統的水文學模型在進行暴雨洪水分析計算時往往會用到單位線的方法，雖然在山洪項目和中小河流項目中建設了一大批雨量站和水位站，但這些站點的主要作用是用于預報預警，項目中并沒有監測流量過程數據，因此采用傳統方法推求單位線依然困難，傳統單位線法的應用受到限制。

發明內容

本發明的目的是提供一種利用完整二維淺水方程組推求單位線的分析方法，該方法區別于傳統的單位線獲取方法，不需要大量的降雨徑流數據，而是采用完整的二維淺水方程組構建數學模型直接模擬連續凈雨過程，通過獲取流域出口S曲線來得到流域的單位線過程。該方法在無資料地區依然有很好的適用性，克服了現在中小流域由于水文資料匱乏而導致的單位線匯流計算法難以使用的問題。

本發明的目的是通過以下方案實現的：

本發明為一種利用完整二維淺水方程組推求單位線的方法，該方法充分利用水動力學的優勢解決一個水文學的問題，采用能夠捕捉激波的高分辨率的數值格式離散完整的二維淺水方程組來構建二維淺水數學模型，利用該模型模擬連續時段凈雨在流域坡面上的運動過程，從而得到流域出口處的S曲線，根據S曲線進一步得到流域單位線，其具體方法步驟如下：

1)采集流域高精度地形數據和流域地貌類型數據，流域地形分辨率不低于10m。

2)完整二維淺水方程組的離散。采用能夠捕捉激波的高分辨率的Roe格式離散完整的二維淺水方程組，建立二維淺水數學模型，確保該數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賦值。采用三角形非結構單元離散流域計算范圍，對流域內的擋水構筑物(如道路)和溝渠等部分進行適當加密。采用地形數據對網格型心和網格節點進行高程插值，獲取網格型心和單元節點處的高程數據。根據流域地貌類型數據對網格單元的糙率進行賦值，區分坡面和溝道糙率差異。

4)設置凈雨輸入條件。根據S曲線定義，設置一定時段(標記為DT)內的凈雨量10mm，假定該凈雨過程持續不斷，以此作為二維淺水數學模型的輸入條件。

5)設置流域出口邊界條件。在進行單位線推求時，流域出口處并無水力約束條件，因此設定流域出口邊界為自由跌水出流。