[發(fā)明專利]一種二維水動力水質(zhì)模型構(gòu)建方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910474798.6
• 申請日: 2019-06-03
• 公開（公告）號: CN110188483B
• 公開（公告）日: 2020-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 冶運濤;曹引;蔣云鐘;梁犁麗;畢忠飛;顧晶晶;趙紅莉;龔家國;尚毅梓;王英;張雙虎;段浩;孫靜杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中國水利水電科學(xué)研究院
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/18;G06Q50/06
• 代理公司: 成都正華專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51229
• 代理人: 陳選中

1.一種二維水動力水質(zhì)模型構(gòu)建方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、生成覆蓋計算域的若干葉網(wǎng)格，根據(jù)葉網(wǎng)格的初始劃分水平將其劃分為若干個子網(wǎng)格；其中初始劃分水平為最大劃分水平，葉網(wǎng)格為最大網(wǎng)格單元；

S2、通過OpenMP建立并行模型，根據(jù)生成的葉網(wǎng)格和子網(wǎng)格在建立的并行模型中生成水動力水質(zhì)模型自適應(yīng)網(wǎng)格，得到二維水動力水質(zhì)模型；

S2-1、采用！$OMP PARALLE和！$OMP END PARALLE作為開啟和關(guān)閉并行環(huán)境的指令對，設(shè)置并行模型中用于計算的線程數(shù)，采用！$OMP DO和！$OMP END DO指令對開啟循環(huán)并行，設(shè)置共享變量和私有變量，建立并行模型；

S2-2、在建立的并行模型中，獲取子網(wǎng)格的地形坡度、目標(biāo)區(qū)域邊界種子點和子網(wǎng)格中心的相對位置關(guān)系；

S2-3、根據(jù)子網(wǎng)格的地形坡度和目標(biāo)區(qū)域邊界種子點和子網(wǎng)格中心的相對位置關(guān)系選取葉網(wǎng)格，將選取出的葉網(wǎng)格的劃分水平調(diào)整為最低劃分水平；

S2-4、獲取不為最大劃分水平的葉網(wǎng)格中子網(wǎng)格的水位梯度和污染物濃度梯度；

S2-5、根據(jù)水位梯度、污染物濃度梯度和干濕邊界再次調(diào)整對應(yīng)葉網(wǎng)格的劃分水平，得到重新劃分后的若干子網(wǎng)格；

S2-6、判斷每個葉網(wǎng)格中子網(wǎng)格的大小是否為與其相鄰葉網(wǎng)格中子網(wǎng)格大小的2倍、1倍或1/2倍，若是則進(jìn)入步驟S2-7；否則進(jìn)入步驟S2-8；

S2-7、將當(dāng)前在并行模型中生成的網(wǎng)格作為二維水動力水質(zhì)模型，判斷是否繼續(xù)生成網(wǎng)格，若是則進(jìn)入步驟S3，否則結(jié)束生成網(wǎng)格，得到當(dāng)前時刻下的二維水動力水質(zhì)模型；

S2-8、將不滿足倍數(shù)關(guān)系的相鄰葉網(wǎng)格的劃分水平增加一級后重新劃分子網(wǎng)格，返回步驟S2-6；

S3、更新二維水動力水質(zhì)模型中自適應(yīng)網(wǎng)格處的狀態(tài)變量，返回步驟S2-4；

所述步驟S2-2中獲取子網(wǎng)格的地形坡度的具體方法為：

根據(jù)公式

獲取子網(wǎng)格(i,j,is,is)的地形坡度gradz_b(i,j,is,is)；其中z_b(i,j,is,js)為子網(wǎng)格(i,j,is,is)的中心高程；z_b-east、z_b-west、z_b-north和z_b-south分別為子網(wǎng)格(i,j,is,is)在東邊、西邊、北邊和南邊四個方向的鄰居網(wǎng)格的中心高程；Δx為子網(wǎng)格(i,j,is,is)在x軸方向的長度，Δx＝Δx₀/Ms，Δx₀為子網(wǎng)格(i,j,is,is)所在第i行第j列的葉網(wǎng)格(i,j)在x軸方向的長度，Ms為葉網(wǎng)格(i,j)在x軸方向的最大劃分水平；Δy為子網(wǎng)格(i,j,is,is)在y軸方向的長度，Δy＝Δy₀/Ns，Δy₀為子網(wǎng)格(i,j,is,is)所在葉網(wǎng)格(i,j)在y軸方向的長度，Ns為葉網(wǎng)格(i,j)在y軸方向的最大劃分水平；和為中間參數(shù)；

所述步驟S2-4的具體方法包括以下子步驟：

S2-4-1、對于任一子網(wǎng)格，判斷子網(wǎng)格的水深是否小于預(yù)設(shè)的最小水深，若是則將該子網(wǎng)格作為干網(wǎng)格，將干網(wǎng)格的水位梯度和污染物濃度均置為0，進(jìn)入步驟S2-4-7；否則進(jìn)入步驟S2-4-2；

S2-4-2、獲取該子網(wǎng)格的網(wǎng)格中心p，獲取該子網(wǎng)格東邊、西邊、北邊和南邊四個方向的鄰居葉網(wǎng)格；

S2-4-3、判斷該子網(wǎng)格所在葉網(wǎng)格的劃分水平是否與鄰居葉網(wǎng)格的劃分水平相同，若是則將該鄰居葉網(wǎng)格的水位和污染物守恒濃度作為該子網(wǎng)格在該方向的水位和污染物守恒濃度，進(jìn)入步驟S2-4-7；否則進(jìn)入步驟S2-4-4；

S2-4-4、判斷該子網(wǎng)格所在葉網(wǎng)格的劃分水平是否比鄰居葉網(wǎng)格的劃分水平小一級，若是則將該鄰居葉網(wǎng)格中所有子網(wǎng)格的水位和污染物守恒濃度的平均值作為該子網(wǎng)格在該方向的水位和污染物守恒濃度，進(jìn)入步驟S2-4-7；否則進(jìn)入步驟S2-4-5；

S2-4-5、將該子網(wǎng)格的相鄰葉網(wǎng)格作為第一網(wǎng)格，將與第一網(wǎng)格相鄰并與該子網(wǎng)格共頂點的葉網(wǎng)格作為第二網(wǎng)格；判斷該子網(wǎng)格所在葉網(wǎng)格的劃分水平是否比第一網(wǎng)格的劃分水平大一級，且第二網(wǎng)格的劃分水平是否比第一網(wǎng)格的劃分水平大一級，若均是則分別根據(jù)公式

獲取該子網(wǎng)格在該方向的水位η(in)和污染物守恒濃度qc(in)，進(jìn)入步驟S2-4-7；否則進(jìn)入步驟S2-4-6；其中η(p)表示該子網(wǎng)格的網(wǎng)格中心p處的水位；η(1)為第一網(wǎng)格的網(wǎng)格中心處的水位；η(2)為第二網(wǎng)格中與該子網(wǎng)格最近的子網(wǎng)格中心處的水位；qc(p)是第一網(wǎng)格的網(wǎng)格中心處的污染物守恒濃度；qc(1)為第一網(wǎng)格的網(wǎng)格中心處的污染物守恒濃度；qc(2)為第二網(wǎng)格中與該子網(wǎng)格最近的子網(wǎng)格中心處的污染物守恒濃度；

S2-4-6、分別根據(jù)公式

獲取該子網(wǎng)格在該方向的水位η(in)和污染物守恒濃度qc(in)，進(jìn)入步驟S2-4-7；其中η(p)為該子網(wǎng)格的網(wǎng)格中心p處的水位；η(1)為第一網(wǎng)格的網(wǎng)格中心處的水位；η(2)為第二網(wǎng)格中與該子網(wǎng)格最近的子網(wǎng)格中心處的水位，即第二網(wǎng)格中心處的水位；qc(p)是第一網(wǎng)格的網(wǎng)格中心處的污染物守恒濃度；qc(1)為第一網(wǎng)格的網(wǎng)格中心處的污染物守恒濃度；qc(2)為第二網(wǎng)格中與該子網(wǎng)格最近的子網(wǎng)格中心處的污染物守恒濃度，即第二網(wǎng)格中心處的污染物守恒濃度；

S2-4-7、根據(jù)公式

獲取最低劃分水平的葉網(wǎng)格中子網(wǎng)格的水位梯度gradη(i,j,is,js)和污染物濃度梯度gradqc(i,j,is,js)；其中η(i,j,is,js)為子網(wǎng)格(i,j,is,js)的高程；η_east、η_west、η_north和η_south分別為子網(wǎng)格(i,j,is,js)東邊、西邊、北邊和南邊四個方向的水位；qc(i,j,is,js)為子網(wǎng)格(i,j,is,js)的污染物濃度；qc_east、qc_west、qc_north和qc_south分別為子網(wǎng)格(i,j,is,js)東邊、西邊、北邊和南邊四個方向的污染物守恒濃度；

所述步驟S2-5的具體方法包括以下子步驟：

S2-5-1、根據(jù)公式

gradΦ(i,j,is,js)＝max(gradη(i,j,is,js),gradqc(i,j,is,js))

獲取參數(shù)gradΦ(i,j,is,js)的值；其中max(·)為最大值選取函數(shù)；

S2-5-2、判斷該子網(wǎng)格(i,j,is,js)是否位于干濕邊界處，若是則進(jìn)入步驟S2-5-3；否則進(jìn)入步驟S2-5-4；

S2-5-3、判斷該子網(wǎng)格所在葉網(wǎng)格的劃分水平是否為最大劃分水平，若是則維持為最大劃分水平，否則將該子網(wǎng)格所在葉網(wǎng)格的劃分水平增加一級，得到重新劃分后的若干子網(wǎng)格，進(jìn)入步驟S2- 6；

S2-5-4、判斷是否存在gradΦ(i,j,is,js)大于閾值，若是則進(jìn)入步驟S2-5-3；否則進(jìn)入步驟S2- 5-5；

S2-5-5、將該子網(wǎng)格所在葉網(wǎng)格的劃分水平降低一級，得到重新劃分后的若干子網(wǎng)格，進(jìn)入步驟S2-6。