[发明专利]一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法

说明书

本发明提出了一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，包括：建立一维河网模型、汇流型单元模型、全流域河网耦合模型和二维浅水模型。计算零维调蓄和节点方程，选择控制条件模型要素，控制条件模型要素作用于堰、闸和泵对水流运动进行的控制影响。确定二维浅水模型在数值离散时，变量在计算网格中的位置，计算二维浅水模型中的通量、底坡源项、摩擦阻力源项。构造空间二阶精度格式，并设定多种边界条件。根据数据组成一套防洪控制体系，从而进行工程控制运行方式的数值模拟，达到对洪水的有效模拟和预报。

技术领域

本发明涉及水动力学分析技术领域，特别涉及一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法。

背景技术

作为洪水风险图编制的重要工具，洪水分析软件一直是国外商业软件占据主导地位。我国是一个水利大国，在水利领域的很多方面都取得了举世瞩目的成就，但是我们国内并没有形成一个自己的国产洪水分析软件品牌。山洪和城市洪涝目前仍是对人民生命财产威胁巨大的灾害事件，如果涉及自身的洪水分析方法实现对洪水的可靠分析是当前需要解决的技术问题。

虽然，现有技术中公开了基于一二维耦合的洪水分析方法等方式，但尚未有提出一种复杂河网一二维耦合的洪水分析方法。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，包括如下步骤：

步骤S1：建立一维河网模型；

步骤S2：考虑河网模型中的控制工程，该单元模型包括闸、坝、水库和行蓄洪区口门；

步骤S3：零维调蓄和节点方程的计算；

步骤S4：选择控制条件模型要素，控制条件模型要素作用于堰、闸和泵对水流运动进行的控制影响；

步骤S5：建立全流域河网耦合模型；

步骤S6：建立二维浅水模型；

步骤S7：确定二维浅水模型在数值离散时，变量在计算网格中的位置；

步骤S8：计算二维浅水模型中的通量；

步骤S9：底坡源项的计算；

步骤S10：摩擦阻力源项的计算；

步骤S11：构造空间二阶精度格式；

步骤S12：时间积分的计算。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其中所述步骤S1中，采用圣维南方程组对河道一维水流运动关系进行计算，对任一由断面与断面组成的河段，圣维南方程组采用四点线性隐式差分格式进行数值离散，可得任一河段的差分方程，从而求取首、末节点水位和断面流量。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其中所述步骤S2中，汇流型单元模型用于进行防洪调度和水资源调度，进行模拟过水流量过程。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其中所述步骤S3中，

节点水量平衡方程为：

式中：A(z)为节点调蓄面积，∑Q为包括降雨产汇流、河道出入流在内的所有出入节点的流量。