[发明专利]一种水动力水质模型自适应网格生成方法

说明书

本发明公开了一种水动力水质模型自适应网格生成方法，其包括以下步骤：S1、生成覆盖计算域的若干叶网格和若干个子网格；S2、获取子网格的地形坡度；S3、根据子网格的地形坡度和目标区域边界种子点和子网格中心的相对位置关系选取叶网格，将选取出的叶网格的划分水平调整为最低划分水平；S4、获取不为最大划分水平的叶网格中子网格的水位梯度和污染物浓度梯度；S5、根据水位梯度、污染物浓度梯度和干湿边界再次调整对应叶网格的划分水平，得到重新划分后的若干子网格。本方法能够细化地形坡度较大区域的网格，同时可以根据水位和污染物浓度梯度自适应调整网格大小，计算过程中可以保证模型的静水和谐性和模型的模拟精度。

技术领域

本发明涉及水质模型自适应网格领域，具体涉及一种水动力水质模型自适应网格生成方法。

背景技术

水动力水质模型是水环境管理的重要工具，可以获取时空连续的水质状况。准确离散求解控制方程是求解二维水动力模型的关键，网格是控制方程离散的基本单元，网格类型和大小均会影响水动力水质模型的模拟精度、稳定性和计算效率，一直是水动力水质模型研究的重点。根据划分方式的不同，模型网格主要包括结构网格、正交贴体网格和非结构网格。贴体网格和非结构网格对复杂地形和边界的适应能力较强，但前处理过程复杂，网格较难生成，相比之下结构网格更易生成，但对不规则复杂地形边界的适应性较差。为了提升模型模拟精度，必须增加网格数量，这势必会降低模型计算效率。

为了提升模型的计算效率，近年来自适应网格技术成为水动力模型研究的重要方向，自适应网格技术能够根据水位梯度、污染物浓度梯度等准则对网格大小进行自适应调整，将叶网格细化生成多个子网格，或者将子网格合并。自适应网格技术将叶网格细化过生成子网格过程中，为了能够提高子网格对地形的拟合能力，叶网格细化生成的子网格中心高程通常采用插值方法获取，导致子网格中心高程和叶网格中心高程可能不一致，为了在子网格生成过程中保证质量守恒，需要调整子网格水位，在静水条件下会导致子网格水位和叶网格水位以及邻居网格水位存在不一致的情况，进而产生虚假水流，破坏模型的静水和谐性。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种水动力水质模型自适应网格生成方法解决了现有自适应网格生成方法容易产生虚假水流，破坏模型的静水和谐性的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

提供一种水动力水质模型自适应网格生成方法，其包括以下步骤：

S1、生成覆盖计算域的若干叶网格，根据叶网格的初始划分水平将其划分为若干个子网格；其中初始划分水平为最大划分水平；其中叶网格为最大网格单元；

S2、获取子网格的地形坡度；获取目标区域边界种子点和子网格中心的相对位置关系；

S3、根据子网格的地形坡度和目标区域边界种子点和子网格中心的相对位置关系选取叶网格，将选取出的叶网格的划分水平调整为最低划分水平；

S4、获取不为最大划分水平的叶网格中子网格的水位梯度和污染物浓度梯度；

S5、根据水位梯度、污染物浓度梯度和干湿边界再次调整对应叶网格的划分水平，得到重新划分后的若干子网格；

S6、判断每个叶网格中子网格的大小是否为与其相邻叶网格中子网格大小的2倍、1倍或1/2倍，若是则进入步骤S7；否则进入步骤S8；

S7、判断是否继续生成网格，若是则返回步骤S4，否则结束生成网格；

S8、将不满足倍数关系的相邻叶网格的划分水平增加一级后重新划分子网格，返回步骤S6。

进一步地，步骤S2中获取子网格的地形坡度的具体方法为：

根据公式