[发明专利]一种基于有限测点的复杂河网水位场插值计算方法

说明书

本发明提供一种基于有限测点的复杂河网水位场插值计算方法，包括勾勒绘制河网中每个河段的中心线或深泓线，得到河网中心线；给定间距，对河网中每个河段中心线进行离散，得到离散节点；对离散后的每个河段首尾节点进行判断，从而得到实测水尺控制点和河网结点控制点；将该水尺水位赋值给该离散点；得到整个河网中心线离散点水位；针对需要插值的一维断面中点或二维网格节点，遍历所有的一维断面或二维网格节点，从而得到整个河网的初始水位场。本发明能有效避免实测数据有限时，采用基于全域空间插值方法引起的水位失真缺陷，能为复杂河网数值计算提供较合理的初始水位场，从而提高数学模型计算的稳定性。

技术领域

本发明涉及河流水动力学数值模拟领域，具体是一种基于有限测点的复杂河网水位场插值计算方法。

背景技术

在河流水动力学数值模拟中，往往需要给出初始时刻的水位场，对于单一河道，可直接根据上下游实测水尺水位内插得到整个计算域的水位场，但对于复杂河网，由于实测水尺个数有限，这样的插值往往会带来水位插值的失真，从而引起模型稳定性差甚至难于收敛。通过分析认为，复杂河网初始水位场的确定存在如下的问题和缺点：

(1)由于实测水尺水位数量有限，传统方法插值误差较大

天然河道水位场的获取工作量大，费时费力，一般通过有限的水尺水位测量后通过插值来获得。从理论上讲，若实测的水位点足够多，采用基于散点的三角网插值、伽辽金插值或移动最小二乘插值法插值，均可得到较为合理的水位场。但是当实测的水位点很少或有限时，这种基于全域空间插值方法容易产生不合理的水位场，如下游水位高于上游等失真情况。初始水位场的失真，容易引起模型的稳定性变差或难于收敛。本发明提出的先离散后插值的方法能很好解决这一问题。

(2)基于几何公式的插值方法，编程较为困难且效率不高

在传统方法中，将实测水位点的数据赋值给相应的河道节点，一般需向河道中心线作垂线，确定垂足后将实测水位赋值给垂足点；当两河段交叉形成结点时，往往需先计算两河段中心线的交点。然而，计算垂足或线段交点，一般需采用几何公式进行计算，程序的编写较为繁琐。

因此，发明一种更合理、高效的复杂河网水位场插值计算方法是非常必要的。

发明内容

为了克服上述缺陷，本发明提供了一种基于有限测点的复杂河网水位场插值计算方法，通过对各河段中心线进行离散，直接查找离实测水位点或河段首尾点最近的中心线离散点即可得到垂线点或交叉节点，大大简化了程序的编制，提高了计算效率。

本发明的技术方案：

一种基于有限测点的复杂河网水位场插值计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、勾勒绘制河网中每个河段的中心线或深泓线，得到河网中心线；

步骤二、给定间距，对河网中每个河段中心线进行离散，得到离散节点；

步骤三、对离散后的每个河段首尾节点进行判断，若靠近实测水尺点，即距离小于离散点距，则直接将实测水尺水位赋值给该首尾节点，从而得到实测水尺控制点；若与其他河段交叉并形成河网结点，则根据被交叉河段上、下游水位插值计算该结点水位，从而得到河网结点控制点；

步骤四、若实测水尺点不位于各河段首尾节点，则通过查找与之最近的河网中心线离散点，将该水尺水位赋值给该离散点；

步骤五、分别针对各个河段，根据实测水尺控制点和河网结点控制点的水位，进行分段线性内插，计算各离散点的水位，从而得到整个河网中心线离散点水位；

步骤六、针对需要插值的一维断面中点或二维网格节点，查找与之最近的河网中心线离散点，将其水位赋值给该一维断面中点或二维网格节点，遍历所有的一维断面或二维网格节点，从而得到整个河网的初始水位场。

所述步骤二中给定的间距为5-10米。