[发明专利]一种三维场景分段迭代的河网污染仿真推演方法

摘要

本发明公开了一种三维场景分段迭代的河网污染仿真推演方法，本发明构建的仿真系统可模拟现实中的河网以及其水闸，同时可以在其仿真模型中设置和散布污染物，并依据本发明中的迭代推演方法有效地模拟污染物在河网中的扩散情况，并以图像形式实时反映其变化。使水污染问题的分析将变得高效，从而城市的河网河涌的污染治理分析将变得更加有效率，城市的水污染治理水平将提升。

主权项

1.一种三维场景分段迭代的河网污染仿真推演方法，其特征在于： 包括以下步骤：步骤一，先对河网、水闸与周边地形建立三维仿真模型，对河流划分网格、设置边界；步骤二，建立推演分析数据库；步骤三，从河道交汇点、分岔口、边界位置和河宽变化的位置选取河道的关键断面；步骤四，获取河道关键断面的连续的水位、流速数据并记入数据库的网格水位流速信息表；步骤五，设置污染物的播撒位置、数量和播撒方式；步骤六，根据关键断面的水位，用迭代法计算所有非关键断面的水位，计算方法为：以关键断面对河道分段，对每对关键断面之间的所有网格，水位由低到高遍历所有网格；对每个网格i执行如下操作：把网格i和与i相邻并且水位比i高的k个网格，把它们的水位求个平均值，重新赋值给这k+1的网格，其计算公式为：上式中：hnew为要计算的新水位，将赋值给所有做平均的网格，hi和hj分别为网格i、j的旧水位，Si和Sj分别为网格i、j的面积，Pj→i为网格j的水流向网格i的概率；步骤七，用迭代法计算出每个河道中每个非关键断面网格的流速，先算出网格i的输入流量：上式中，vj→i为从水位比网格i高的相邻网格j流入网格i的流速，Aj为网格j的河道断面面积；根据网格的输入流量等于输出流量的原理，利用网格i的输入流量除以输出方向的总截面积，获得网格i的平均输出流速，其计算公式为：上式中，vj→i为更高相邻网格j流入网格i的速度，k为网格i的更高相邻网格的个数，m为网格i的更低相邻网格p的个数，Aj和Ap分别为网格j和网格p的河流断面面积；Qi_out为网格i的输出流量，Aout 总 为网格i输出方向的总截面积；根据网格i与每个网格p的水位差对网格i输入每个网格p的流量进行分配，对于网格i流向水位更低的某个网格p的流速，其计算公式为：上式中，v_{i→p_d}为网格i流向水位更低的某个网格p的流速，dLevel_p为网格i与某网格p的水位差，为网格i与各网格p的平均水位差，为该网格的平均输出流速；如果本次迭代并非为初次，网格i本身有上次迭代推导的输出流速数据，通过以下公式把网格i在某输出方向的上次推导的流速与本次推导的流速做平均：上式中，vi→p_new为网格i往更低网格p方向的新输出流速，vi→p_d为本次推导出的输出流速，vi→p_o为上次推导出的输出流速；利用上式获得的网格i对各网格p的新输出流速以及各网格p的河道断面面积，计算一个新平均输出流速将新平均输出流速与调整前的平均输出流速相比，获得比值t，即最后，将比值t值对更高相邻网格j流入网格i的流速进行调整：v_{j→i_new}＝tv_j→i，其中v_{j→i_new}为网格j往网格i方向的新输出流速；步骤八，根据数据库中水闸开关时刻表或根据软件系统中的交互操作，来实时改变三维模型中水闸的开关状态；步骤九，根据计算出的水位和流速驱动污染物在河道中的运动，渲染一帧，一次迭代结束；然后返回至步骤六并按以上顺序进行下一次迭代，通过多次迭代使界面不断渲染，从而在三维场景中看到污染物的运动和扩散过程。