[发明专利]一种基于拉格朗日法的钉螺随漂浮物迁移轨迹计算方法

摘要

本发明提供一种基于拉格朗日法的钉螺随漂浮物迁移轨迹计算方法，包括：步骤一、选取研究区域，并采用无结构三角网格划分计算区域；步骤二、给定初始条件及参数取值；步骤三、分别计算钉螺在ti时刻至ti‑1时刻的Δt时段内因扩散、对流、风致漂移而产生的空间位置变化的列向量；步骤四、根据步骤三的计算结果及钉螺在t＝ti‑1时刻空间位置的列向量得到钉螺在ti时刻空间位置；步骤五、根据钉螺在ti时刻空间位置节点干湿判断是否结束计算。本发明可实现对钉螺随漂浮物迁移路径的精确模拟，揭示钉螺在宏观尺度上的迁移规律，为钉螺扩散及血吸虫病的防控提供重要理论依据和数据支撑。

主权项

一种基于拉格朗日法的钉螺随漂浮物迁移轨迹计算方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一、选取研究区域，并采用无结构三角网格划分计算区域，网格大小可根据水动力条件、气象条件及精度需求确定；步骤二、给定初始条件及参数取值：输入模拟时段、时间间隔Δt、初始时刻钉螺的位置坐标，并给定模拟时段内计算区域各网格节点的摩阻流速u*i‑1、水深hi‑1、紊动扩散系数ki‑1、空气密度、水体密度信息；步骤三、根据公式(1)、(2)、(8)分别计算钉螺在ti时刻至ti‑1时刻的Δt时段内因扩散、对流、风致漂移而产生的空间位置变化的列向量，时间间隔Δt根据研究区域水动力条件、漂浮物性质以及模拟经验给定；ΔXci=U‾i-1Δt---(1)]]>表示钉螺在ti‑1时刻至ti时刻的Δt时段内钉螺因扩散输移产生的空间位置变化的列向量，式中：表示钉螺在ti‑1时刻所处空间位置的水流时均流速；ΔXdi=R2kiΔt---(2)]]>为钉螺在ti‑1时刻至ti时刻的Δt时段内因对流而产生的空间位置变化的列向量，式中：R表示分布在区间(‑1,1)内均值为0、方差为1的标准正态分布随机数，ki为钉螺在i时刻的紊动扩散系数，且ki＝βhiui*，其中β为经验系数，hi为水深，u*i为摩阻流速；钉螺在随漂浮物输送的过程中，在Δt时段内因风致漂移产生的空间位置变化的列向量为：式中：分别表示漂移物在ti时刻位于水面上和浸入水体中的截面面积；分别表示ti时刻漂浮物所处空间位置空气和水体的阻力系数；分别表示在ti时刻漂浮物所处空间位置空气的密度和水的密度；分别表示在ti时刻漂浮物所处空间位置的时均风速、水流时均流速；步骤四、将步骤三的计算结果及钉螺在t＝ti‑1时刻空间位置的列向量带入公式(9)，即可得到钉螺在ti时刻空间位置Xi；Xi=Xi-1+ΔXci+ΔXdi+ΔXwdrifti---(9)]]>Xi为钉螺在ti时刻空间位置的列向量，Xi‑1为钉螺在ti‑1时刻空间位置的列向量；步骤五、钉螺在ti时刻空间位置节点干湿判断：当Xi处水深小于临界水深时，判定该节点为“干出”，则该节点不再参与下一步计算，即令位于该节点处钉螺的扩散速度、对流速度、风致漂移速度为零，计算结束；当Xi处水深大等于临界水深时，返回步骤三。