[发明专利]一种基于空间拓扑的地表二维地下管网水动力学耦合方法

摘要

本发明提出了一种基于空间拓扑的地表二维地下管网水动力学耦合方法，包括：输入地表水数据和地下排水系统水流数据，根据所述地表水数据和地下排水系统水流数据建立地表地下连接关系；生成并优化网格单元；分别计算地表径流和排水管网水流；计算地表径流和排水管网水流的交换水量；对计算得到的交换水量进行校核，以实现地表二维地下管网水动力学耦合。本发明实现对被分析区域的非结构网格的剖分，具有多种非结构网格剖分功能，并且可以实现对非结构网格离散任意复杂的几何边界，对边界的交叉处理，优化网格单元。进而，计算出地表径流和排水管网水流的交换量，实现地表洪水模型与地下管网模型的耦合。

主权项

1.一种基于空间拓扑的地表二维地下管网水动力学耦合方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，输入地表水数据和地下排水系统水流数据，根据所述地表水数据和地下排水系统水流数据建立地表地下连接关系；步骤S2，生成并优化网格单元，其中，采用区域分解法生成并优化网格，包括如下步骤：在待划分区域的边界上生成边界节点，通过连接两个边界节点，将该区域剖分成两个子区域；在剖分线上增加新的节点，以递归的方式对每个子区域进行剖分，直到所有的子区域不可再分为止，即每个子区域包含六个或四个节点，对于每个包含六节点的子区域采用固定的模板进行闭合处理，生成最后的网格单元，在区域分解法中，待划分网格的区域为单连通域，使得该区域和子区域均可采用一个连续的边界节点环来表示，对于内部有孔洞的区域，在网格划分之前，将多连通域转化成单连通域，即需要对内外边界进行合并；采用铺路法生成并优化网格，包括如下步骤：(1)选择起始点在待划分区域的多个边界中选择一个边界，并选择网格生成的起始点，其中，取边界上内角最小的节点为起始点；(2)生成网格在当前边界节点的基础上生成新的节点，组成新的单元，并更新当前边界；(3)缝合处理边界对新生成的边界中相邻边界长短悬殊和节点夹角过小现象，进行边界的缝合处理；(4)交叉处理在新单元生成的过程中，由于边界的不规则，新单元往往会与旧边界发生交叉和重叠现象，中断网格的生成，进行交叉处理；(5)边界调整当边界呈凸起状时，通过楔块插入法，改善网格尺寸大小，对边界进行调整；(6)边界的光滑处理对所有内部边界节点进行光滑处理；(7)闭合处理在网格生成的过程中，要进行边界节点总数的判断，当节点总数小于或等于六，则采用闭合处理方法生成最后的单元，并使该边界封闭；(8)网格整合与光滑处理；当网格生成完毕后，对内部网格进行光滑和整合处理，以消除存在的缺陷；步骤S3，分别计算地表径流和排水管网水流；步骤S4，计算地表径流和排水管网水流的交换水量，包括：其中，H_surface为地面水头，H_node为排水管道水头，M为流量系数，H_g为地表高程；步骤S5，对计算得到的交换水量进行校核，以实现地表二维地下管网水动力学耦合。