[發明專利]一種一維河網概化與高性能一二維耦合的洪水分析方法

在審

• 申請號: 201811045187.1
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN109190261A
• 公開（公告）日: 2019-01-11
• 發明（設計）人: 馬建明;張大偉;張洪斌;喻海軍;穆杰;吳濱濱;王船海;曾賢敏;曹大嶺;聶文禮;姚輝
• 申請（專利權）人: 中國水利水電科學研究院;南京慧水軟件科技有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京愛普納杰專利代理事務所(特殊普通合伙) 11419
• 代理人: 王玉松

1.一種一維河網概化與高性能一二維耦合的洪水分析方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟S1：建立一維河網模型；

步驟S2：考慮河網模型中的控制工程，該單元模型包括閘、壩、水庫和行蓄洪區口門；

步驟S3：零維調蓄和節點方程的計算；

步驟S4：選擇控制條件模型要素，控制條件模型要素作用于堰、閘和泵對水流運動進行的控制影響；

步驟S5：建立全流域河網耦合模型；

步驟S6：建立二維淺水模型；

步驟S7：確定二維淺水模型在數值離散時，變量在計算網格中的位置；

步驟S8：計算二維淺水模型中的通量；

步驟S9：底坡源項的計算；

步驟S10：摩擦阻力源項的計算；

步驟S11：構造空間二階精度格式；

步驟S12：時間積分的計算。

2.如權利要求1所述的一種一維河網概化與高性能一二維耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步驟S1中，采用圣維南方程組對河道一維水流運動關系進行計算，對任一由斷面與斷面組成的河段，圣維南方程組采用四點線性隱式差分格式進行數值離散，可得任一河段的差分方程，從而求取首、末節點水位和斷面流量。

3.如權利要求1所述的一種一維河網概化與高性能一二維耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步驟S2中，匯流型單元模型用于進行防洪調度和水資源調度，進行模擬過水流量過程。

4.如權利要求1所述的一種一維河網概化與高性能一二維耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步驟S3中，

節點水量平衡方程為：

式中：A(z)為節點調蓄面積，∑Q為包括降雨產匯流、河道出入流在內的所有出入節點的流量。

5.如權利要求1所述的一種一維河網概化與高性能一二維耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步驟S4中，控制條件模型要素包括增量控制和Gate控制，增量控制方式又包括工程的啟用條件、工程開啟過程、控制工程，工程啟用條件主要有水位控制、流量控制和水位流量統計值控制；工程開啟過程主要有開啟度增量和開啟度相對值；控制工程將工程啟用條件和開啟過程組合，Gate控制方式用于平原河網地區，在同一位置閘泵共存，進行聯合調度。

6.如權利要求1所述的一種一維河網概化與高性能一二維耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步驟S5中，全流域河網耦合是一維河網、聯系及零維之間的耦合。

7.如權利要求1所述的一種一維河網概化與高性能一二維耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步驟S6中，二維淺水方程為：

式中，h為水深；u為x方向的流速；v為y方向的流速；s_x，s_y為源項。

8.如權利要求1所述的一種一維河網概化與高性能一二維耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步驟S10中，摩擦阻力源項進行半隱式離散。

9.如權利要求1所述的一種一維河網概化與高性能一二維耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步驟S12中，由于時間坐標軸和空間坐標軸的不同，采用時間離散采用向前差分的計算方式進行時間積分的計算。

10.如權利要求1所述的基于一種一維河網概化與高性能一二維耦合的洪水分析方法，其特征在于，所述一維河網概化與高性能一二維耦合的洪水分析方法還包括邊界條件的求取，邊界條件又包括單寬流量邊界條件、水位邊界條件、流量邊界條件、固壁邊界條件和干濕界面的處理。