[发明专利]一种云边协同精细化模拟的陆面单元-河网网格嵌套方法

说明书

本发明公开了一种云边协同精细化模拟的陆面单元‑河网网格嵌套方法，涉及精准洪水预报和水环境精细化管理技术领域，包括：基于数字高程模型DEM，对陆面单元进行单元划分，建立精细化模拟全尺度的网格离散系统；每个单元产生的水量及污染负荷进入河道；河道内进行水下地形网格的生成，并完成河网网格耦合；进行陆面单元与河网网格的嵌套，通过箱体单元媒介完成陆面单元与河网网格的嵌套所涉及的河道内外物质与能量的交换过程。本发明创建了局部精准、全局最优的精度高、适应性强的陆面单元‑河网网格嵌套技术，拓展了陆面空间单元精度，实现了可增可减、可粗可细的精细网格汇编与嵌套，极大提升了流域空间单元与河道网格划分的计算能力及效率。

技术领域

本发明涉及精准洪水预报和水环境精细化管理技术领域，更具体的说是涉及一种云边协同精细化模拟的陆面单元-河网网格嵌套方法。

背景技术

流域水资源综合利用和水能资源开发是保障能源安全、推动社会经济高质量发展的核心需要，但强人类活动和梯级水利枢纽的修建运行，不仅改变了河流的自然水文情势、水生生态系统和河流自然景观，同时也引起了水质超标、水体黑臭、水华及突发污染事故、饮用水安全隐患等日益突出的次生涉水问题，使得流域水环境水生态管理面临越发复杂的巨大挑战。

而面对严重的水环境水生态问题，现有的数据体系、制度体系和计算能力远远不够，为实现流域水环境水生态管理的空间(对象和尺度问题)、时间(效率问题)、指标(程度问题)以及管理制度(对策方案和考核问题)的精细化，需要实现流域环境大数据的有效收集和管理、精细化模拟完整的流域水环境水生态过程，突破模型运算速率和速度瓶颈问题，因而，为了服务于流域水环境生态精准调控的海量数据管理、高精度模拟和高性能计算的目标，研究人员进行了长久的努力。

现有的流域单元划分技术对流域陆面空间异质性考虑不足，关于河网网格的单次绘制个数有限、编码结构单一，但是根据实际需求产生的流域陆面及网格单元数据量大、结构复杂、整合难度较大，对于空间数据处理能力有很高要求。流域陆面单元异质性的问题可以通过加大陆面单元划分精细程度得到缓解，流域河道网格划分需要根据水系结构及边界进行边界处理、自适应调整、统一汇编等技术操作，保持网格合理性、有效性并构架一套高质量、高效能、易计算的整理方法。

因此，如何提升流域空间单元与河道网格划分的计算能力及效率，有效支撑数字流域云端复杂河网的准确计算是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种云边协同精细化模拟的陆面单元-河网网格嵌套方法，实现了可增可减、可粗可细的精细网格汇编与嵌套，通过引入边缘端计算技术，结合云端计算，极大地提升了流域空间单元与河道网格划分的计算能力及效率，可有效支撑数字流域云端复杂河网的准确计算。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种云边协同精细化模拟的陆面单元-河网网格嵌套方法，包括以下步骤：

基于数字高程模型DEM，对陆面单元进行单元划分，建立精细化模拟全尺度的网格离散系统；

每个单元产生的水量及污染负荷进入河道，河道内进行水下地形网格的生成，完成河网网格耦合；

进行陆面单元与河网网格的嵌套，其中，通过箱体单元媒介完成所述陆面单元与河网网格的嵌套所涉及的河道内外物质与能量的交换过程。

可选的，所述对陆面单元进行单元划分时，陆面单元的离散尺度包括流域尺度、集水区尺度、水文响应单元尺度、行政单元尺度。

可选的，所述流域尺度的模型计算单元，基于流域具有统一出水口、水文特性相近的特征来进行流域划分；具体包括以下步骤：

根据包括支流流域的地形地貌、土壤性状、植被覆盖、土地利用在内的多方面存在的差异，基于陆面系统格局与支流空间异质性特征，将流域划分为若干个相对独立、完整单元的支流流域，得到支流流域面积及所占比例。