[发明专利]一种河网模型计算的方法和系统

说明书

技术领域

本发明涉及河网模型计算领域。

背景技术

现有的水位模拟计算软件，包括英国ISIS商业软件平台，都存在着不能够计算几何上任意复杂的河网结构，包括任意内部环状回路的拓扑连接在内、不能反映感潮河段与环状河道内的往复流、不能够很好地处理干床和干湿交替的情况、不能够处理拦河闸门、对基础数据的容错能力较差，不可处理随意断面形状、稳定性与速度较差、扩充性较差等问题。

这造成需要建设河边建筑以及河面设施的建筑商无法模拟自己将要建设的设施在任意实际河流周边存在时，这些建筑设施与相应河道的水位边界、水位流量之间的关系，并通过多次模拟，分析出在什么位置进行施工能达到施工阻力最小，受河流运动影响最小，受河流运动造成的侵害腐蚀最小，受极端河流情况造成损害最小的效果，因此无法科学准确的分析任意河流周边工程建筑的可行性并规划最合理的建筑位置。

发明内容

鉴于现有技术中存在的种种问题和不足，本发明提供一种河网模型计算的方法，该方法中运用到了连续方程变换、圣维南方程结合有限差分法、基于计算机图论的网状拓扑运算，其特征在于，依次包括以下步骤：

A.确定该方法所能处理的对象；

B.设定用于计算的方程；

C.设定解所述方程的方法；

D.计算模拟水位数据；

E.选择相应的数据结构；

F.选择相应的存储结构存储结果。

优选的是，步骤A中所述对象包括河道外的水体和降雨边界；河道内的断面、横断闸、侧向闸门、侧向入流、排水口、取水口、流量边界、水位边界、水位流量关系、自流边界、潮位边界、水文边界、水库边界、增强的水位流量关系边界。

进一步优选的是，所述自然边界是基于边界处为某比降的均匀流的设定进行计算，其流量计算采用曼宁公式。

进一步优选的是，所述潮位边界通过设定潮水的关键参数而直接自动算出潮位线供计算使用。

进一步优选的是，所述水文边界是通过给定面积、下渗、雨强等参数后，通过简化的水文计算给出边界处的大概流量。

进一步优选的是，所述水库边界是通过设定工程参数和水库调度规则后，模型自动估算下泄流量以纳入计算。

进一步优选的是，步骤C中所述方法采用显格式算法。

进一步优选的是，步骤C中所述方法中的连续方程积分变换采用LAX格式的积分形式，对流量和水位变量采取在断面上布置流量断面中间布置水位的方式，通过差分法求得流量后，采用有限体积法对连续方程进行处理求解水位。

进一步优选的是，步骤D中所述计算模拟水位数据是通过融合了所述对圣维南方程结合有限差分法与有限体积法的半隐式数值求解以及所述基于计算机图论的网状拓扑运算进行计算的。

进一步优选的是，步骤E中所述的数据结构选用图。

进一步优选的是，步骤F中所述的存储结构采用邻接链表。

本发明还提供一种河网模型计算的系统，该方法中运用到了连续方程变换、圣维南方程结合有限差分法、基于计算机图论的网状拓扑运算，其特征在于，包括以下模块：

模块a，确定该方法所能处理的对象；

模块b，设定用于计算的方程；

模块c，设定解所述方程的方法；

模块d，计算模拟水位数据；

模块e，选择相应的数据结构；

模块f，选择相应的存储结构存储结果。

优选的是，模块a中所述对象包括河道外的水体和降雨边界；河道内的断面、横断闸、侧向闸门、侧向入流、排水口、取水口、流量边界、水位边界、水位流量关系、自流边界、潮位边界、水文边界、水库边界、增强的水位流量关系边界。

进一步优选的是，所述自然边界是基于边界处为某比降的均匀流的设定进行计算，其流量计算采用曼宁公式。

进一步优选的是，所述潮位边界通过设定潮水的关键参数而直接自动算出潮位线供计算使用。

进一步优选的是，所述水文边界是通过给定面积、下渗、雨强等参数后，通过简化的水文计算给出边界处的大概流量。

进一步优选的是，所述水库边界是通过设定工程参数和水库调度规则后，模型自动估算下泄流量以纳入计算。

进一步优选的是，模块c中所述方法采用显格式算法。

进一步优选的是，模块c中所述方法中的连续方程积分变换采用LAX格式的积分形式，对流量和水位变量采取在断面上布置流量断面中间布置水位的方式，通过差分法求得流量后，采用有限体积法对连续方程进行处理求解水位。