[發明專利]復雜河網水動力計算方法、設備、介質

有效

• 申請號: 201910514272.6
• 申請日: 2019-06-14
• 公開（公告）號: CN110263411B
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發明（設計）人: 胡曉張;宋利祥;楊聿;胡鳳蝶;楊芳;陳文龍;李杰;王漢崗;楊志偉
• 申請（專利權）人: 珠江水利委員會珠江水利科學研究院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F111/10
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭浦娟

本發明公開了復雜河網水動力計算方法、設備和介質，本發明方法首先為各汊點設置一個初始的預測水位值，然后針對河道進行分類；針對于緩坡河道和陡峭河道，分別采用有限差分法和有限體積法計算各斷面的水動力差數；接著根據各汊點處各河道斷面的流量，判斷各汊點處各河道斷面的流量是否滿足流量守恒條件；在滿足流量守恒情況下或不滿足流量守恒但迭代次數達到最大值情況下，將上述計算的水動力參數作為水動力計算結果；在不滿足流量守恒且迭代次數還未達最大值情況下，計算汊點水位校正值，在該值小于一定值的情況下，將將校正后的汊點處水位值作為汊點當前的預測水位值，然后進入下一次迭代計算；本發明方法具有計算速度快以及穩定性強的優點。

技術領域

本發明屬于水動力數值模擬技術領域，特別涉及一種復雜河網水動力計算方法、計算設備和存儲介質。

背景技術

河流、湖泊是人類生存和發展的重要資源，為人類提供了重要的生產和生活資源。隨著我國社會和經濟的快速發展，人口數量的增多，工業化和城市現代化進程的不斷加快，社會用水量迅速增加，人們對這些水體的開發利用力度越來越大。河網水動力模型是描述河網水域中水利的數學模型。河網水動力計算是水利、航運和環保等部門經常要進行的工作，可對河網地區的防洪、排澇、灌溉、航運以及水污染等水火災害防治和水環境保護提供可靠的解決方案。

河口區城市水系具有河網密布、河道縱橫交錯、閘泵工程數量多等特點，屬于全要素復雜河網，即由山區河道、平原河網、湖庫、堤防工程、閘泵和下游河口、外海組成的復雜河網系統。這類復雜河網系統對一維河網洪水模擬方法的穩定性要求極高。

Preissmann隱式差分格式與分級解法是最為經典的河網水動力模型求解方法，具有計算效率高的優點，目前仍得到了廣泛應用。然而，這類傳統方法難以適用于跨臨界流和間斷流態模擬問題，應用于山區陡峭河道或干河床的洪水模擬時常遇到計算不穩定、水位及流速異常等問題。此外，由于數值迭代計算誤差累積效應，這類傳統方法對初始水位及流量狀態要求較高，即需要為不同量級流量邊界計算方案配置相應合適的各斷面初始水位及流量，否則容易導致計算崩潰。因此，應用于復雜河網系統洪水實時分析時，這類傳統方法的穩定性問題較為突出，難以滿足全要素復雜河網洪水模擬需求。

Godunov型有限體積法通過構造Riemann問題計算界面數值通量，可有效處理跨臨界流和間斷流態模擬問題，具有穩定性強的優點。然而，由于其顯式計算格式的時間步長受克朗條件制約，有限體積法的計算效率要低于有限差分格式。

發明內容

本發明的第一目的在于克服現有技術的缺點與不足，提供一種計算速度快以及穩定性強的復雜河網水動力計算方法。

本發明的第二目的在于提供一種計算設備。

本發明的第三目的在于提供一種存儲介質。

本發明的第一目的通過下述技術方案實現：一種復雜河網水動力計算方法，步驟如下：

步驟S1、針對河網中各汊點，對各汊點分別預設一個水位值作為其初始的預測水位值；

步驟S2、根據河道水面坡降將河道分類為緩坡河道和陡峭河道；

步驟S3、根據河網中各汊點當前的預測水位值，計算各河道各斷面的水動力參數；其中：

針對于緩坡河道，采用有限差分法計算緩坡河道各斷面的水動力參數；

針對于陡峭河道，采用有限體積法計算陡峭河道各斷面的水動力參數；

步驟S4、針對于河網中各汊點，獲取通過步驟S3計算得到的該汊點處各河道斷面的流量，判斷該汊點處各河道斷面的流量是否滿足流量守恒條件；

若是，則將步驟S3中當前計算得到的各河道各斷面的水動力參數作為當前河網水動力計算結果；

若否，則進入步驟S5；