[发明专利]一种地下水模型与二维水动力模型松散耦合的方法

说明书

本发明涉及一种地下水模型与二维水动力模型松散耦合的方法，具体步骤包括：1、构建二维水动力模型；2、在云平台使用超级计算机进行水动力模型的并行模拟计算；3、构建地下水模型；4、根据水动力模型结果计算洪水地下水补给量；5、根据地下水模型与水动力模型的时间、空间耦合关系，将洪水地下水补给量输入地下水模型；6、补充地下水模型的其他补给项、排泄项，完成地下水耦合模拟。本发明克服了地下水模型与水动力模型耦合中存在的模拟效率不同、时间步长不一致的问题，建立了水动力‑地下水耦合模型。本发明建立的耦合模型可充分体现在洪水演进过程中地表水对地下水的动态影响，实现对地下水位的准确模拟。

技术领域

本发明属于水利数值模拟领域，具体涉及一种地下水模型与二维水动力模型松散耦合的方法。

背景技术

地下水主要接受地表水补给，地表水的范围、水深常处于充满不确定性的变化过程中，如果忽略这种变化，直接进行地下水模拟，会导致模拟结果与实际情况存在比较大的偏差，因此，需进行地表水与地下水耦合模拟，以提高地下水模拟的准确性。

目前，模拟地表水变化的常用数值模型有水文模型、水动力模型；为提高地表水模型的准确性，水文水动力耦合模型、一维二维水动力耦合模型得到了广泛应用，已有较多技术成果；为提高地下水模拟的准确性，也有许多水文模型与地下水模型耦合的技术成果，但水动力模型与地下水模型进行耦合的相关技术较少。

地下水模型与水动力模型耦合的实现存在两大难点，一是两个模型的模拟效率不同，水动力模型模拟耗时通常以天为单位，而地下水模型模拟耗时通常只需要几分钟，水动力模型完成地下水模型同样时长的模拟耗时太长，阻碍模型耦合的实现；二是两个模型的时间步长不一致，水动力模型的时间步长通常为几秒，难以与地下水模型以天为单位的时间步长进行耦合。

发明内容

针对地下水模型与水动力模型耦合中存在的模拟效率不同、时间步长不一致的问题，本发明的目的在于提供一种地下水模型与二维水动力模型松散耦合的方法，以提高地下水模拟的准确性。

为解决现有技术问题，本发明采取的技术方案为：

一种地下水模型与二维水动力模型松散耦合的方法，包括以下步骤：

S1、构建二维水动力模型，用于模拟地表二维水流运动，反映地表水(洪水)的存在区域及在各个区域的停留时间，即洪水演进过程；

S2、设置水动力模型的并行数，在云平台使用超级计算机进行水动力模型的并行模拟计算；

S3、构建地下水数值模型，用于模拟地下水的变化；

S4、根据地下水模型与水动力模型的时空耦合关系构建耦合模型，并完成对地下水位的准确模拟。

作为改进的是，步骤S1中所述的二维水动力模型是指采用非结构化三角形或四边形网格的水动力模型，具体步骤如下：

S1.1根据实测或遥感数据，分析地表高程及地表形态，综合确定模型的模拟区域；

S1.2将模型的模拟区域剖分成非结构化网格，并将河道处的网格加密；

S1.3将地表高程数据及模型的边界条件输入模型，即可。

作为改进的是，步骤S2中在云平台使用超级计算机进行水动力模型的并行模拟计算，具体步骤如下：

S2.1通过远程控制软件，连接云平台的超级计算机，并在超级计算机上安装水动力模拟软件构建二维水动力模型；

S2.2根据云平台的计算机性能以及模型的网格数量，综合确定模型的并行数；

S2.3将并行数输入水动力模型后，在超级计算机上完成水动力模型的并行模拟计算。

作为改进的是，步骤S3中构建地下水数值模型的步骤如下：