[发明专利]一种基于二维SPH的溃坝洪水演进模拟方法

摘要

一种基于二维SPH的溃坝洪水演进模拟方法，属于地学过程模拟与地理信息系统技术领域。该方法先获得水库及下游地理空间数据信息，再根据获得的数据，建立基于浅水方程的洪水演进二维模型，对仿真过程进行初始化，包括粒子属性的初始配置，建立粒子的邻域粒子列表以及参数设置；然后，进入仿真循环，根据粒子位置判断是否设置边界虚粒子，更新每个水粒子的邻域粒子列表；计算每个水粒子所受的力后，计算每个水粒子在下一个时间步的位置和速度；进行碰撞检测，如遇边界，施加边界惩罚力以改变粒子位置与速度，根据粒子分布提取流体表面，对提取的流体表面进行渲染。本发明所述方法可以对较大规模的溃坝洪水演进情况进行比较真实的仿真模拟。

主权项

一种基于二维SPH的溃坝洪水演进模拟方法，其特征在于包括以下步骤：(一)获得水库以及下游地理空间数据信息：首先确定待模拟的水库，确定经纬度坐标范围，之后根据此经纬度范围在获得的数字高程图上截取待研究范围的高程数据；(二)建立基于浅水方程的洪水演进二维模型，并完成一系列初始化过程：1)通过二维浅水方程建立溃坝洪水演进过程的物理模型，并添加边界处理条件；2)初始化SPH的相关参数以及粒子的属性，包括位置、速度、水高、所在地形处的地形高、光滑核长度、所受合力、粒子索引值，根据水库范围设置水粒子的位置和数目，根据水位高度设置水高，并将粒子的速度、合力设为零值；3)初始化粒子邻近粒子列表，为每个粒子开辟一个链表空间，以存储邻近粒子索引；(三)进入仿真循环步骤，根据粒子位置判断是否设置边界虚粒子，根据粒子距边界的间距判断是否设置其镜像虚粒子，新设置的虚粒子存储在实粒子空间之后；(四)根据粒子的水深，计算修正粒子自身的光滑核长度，并进行邻近粒子搜索算法更新每个水粒子的邻近粒子列表；(五)计算每个水粒子所受的力；1)计算粒子所受的压力${f_i}^{\mathrm{press}}=-g\underset{j}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{V}_j\▿W(r_i-r_j,l);$2)计算粒子所受的地形梯度力3)计算粒子所受的人工粘滞力4)计算粒子所受的合力(六)计算每个水粒子在下一个时间步的位置和速度；具体包括：1)计算粒子在合力F_i下的加速度a_i；2)计算粒子的速度增量Δv_i＝a_iΔt；3)更新粒子的下一刻速度4)更新粒子的下一刻位置(七)进行碰撞检测，如遇边界，施加边界惩罚力以改变粒子位置与速度；(八)根据粒子分布提取流体表面；(九)对提取的流体表面重构：采用OpenSceneGraph三维渲染引擎进行图形渲染；(十)判断仿真是否结束。