[发明专利]流域大尺度复杂河网的网格拼接方法

说明书

本发明提供一种流域大尺度复杂河网的网格拼接方法，该方法能够实现大尺度流域复杂河网区域的网格自动拼接，减小地形复杂区域网格的生成难度，满足大尺度流域复杂河网区域的网格构建需求，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.识别流域河网水系，提取流域水系边界；步骤2.将干流和支流分开绘制，同一河段在河道比较顺滑的位置进行分段，干支流交汇处单独分区，相邻两段之间要有重叠区域；步骤3.根据流域内水系特征，设定各河段网格的数目和尺寸，分别绘制干流和支流各河段网格；步骤4.对网格进行二维编码；步骤5.将干支流交汇区T形网格划分为4段，使交汇节点的网格数尽可能少；步骤6：将划分之后的网格代替原来的T形网格进行整体的网格拼接。

技术领域

本发明属于流体力学和环境模拟领域，具体涉及一种流域大尺度复杂河网的网格拼接方法。

技术背景

网格划分是计算流体力学中的关键技术之一，将结构进行离散化，从而得到有限单元及节点，是进行有限元数值模拟计算的前提。随着以有限元数值计算为基础的流体力学计算与水动力水质数学模型的不断发展和完善，环境问题的研究和业务化管理对大尺度流域高精度模拟计算的需求也不断增加。复杂的流场对网格的过渡、布点、质量都有着严格的要求，整个流场分析的成败和效率都与网格的质量密切相关。已有的规则网格绘制技术和软件，受限于计算机内存和硬件条件的限制，无法一次性完成大尺度流域全部网格的绘制。大尺度流域复杂的地形使得网格生成难度加大，对其数值模拟带来了很大的困难。因此，在绘制大尺度流域的网格时，常常选择网格分区绘制，在分区的基础上逐块生成网格，可以提高网格质量，减小地形复杂区域网格的生成难度。如何将分区绘制的网格拼接成整体，是大尺度流域数值模拟亟需解决的关键问题。

有限元网格生成方法是基于“调配函数”和“形状函数”两个概念，根据网格密度要求在参数空间的网格模板上生成一些规则单元，然后映射成实际空间的有限元网格。有限元网格所生成的网格质量较高，易于产生四边形网格，计算效率高。目前生成有限元结构化网格的方法和技术已经非常成熟，出现了一系列的商业软件，这些软件不仅能进行正交网格的绘制，还具有网格平滑、正交、删减等方法等可以用来对网格的质量进行检验或编辑。对计算区域进行分区，各区域网格生成时遵照网格生成的基本准则，保证疏密、过渡以及网格质量，保证网格分区与流场分区的一致性，然后再对各个区域独立生成网格。在复杂河网中，由于不同的河段沿着不同的方向延伸，也可以将不同河段进行分区绘制。位置相邻两个区域网格的网格必须保留严格重叠单元，以保证拼接网格空间位置连续。采用二维数组(i，j)对所绘制的网格进行连续编号，i沿主河道主流方向，j沿垂直主河道主流方向，各区域生成的网格均从i＝1，j＝1开始编号。这种方法通过i，j的大小，能方便的获知每个网格的上下左右的空间相邻关系，从而进行离散化空间求解。

如何将分区独立生成的网格拼接成整体，是实现大尺度流域复杂河网区域高精度模拟的一大挑战。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种流域大尺度复杂河网的网格拼接方法，该方法能够实现大尺度流域复杂河网区域的网格自动拼接，减小地形复杂区域网格的生成难度，满足大尺度流域复杂河网区域的网格构建需求。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种流域大尺度复杂河网的网格拼接方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1.流域水系识别

基于数字高程模型数据和实测地形数据，识别流域河网水系，提取流域水系边界；

步骤2.对流域水系进行分区

根据流域水系特征，将干流和支流分开绘制，同一河段在河道比较顺滑的位置进行分段，干支流交汇处单独分区，相邻两段之间要有重叠区域；

步骤3.确定流域网格生成方案