[发明专利]一种基于山洪动态演进仿真模型的灾害监测预警方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于山洪动态演进仿真模型的灾害监测预警方法，属于山洪灾害监测预警技术领域。

背景技术

我国每年因山洪灾害造成的直接经济损失约为100亿元以上，已经成为当前防灾减灾中的突出问题，是山丘区经济社会可持续发展的重要制约因素之一。通过在山洪灾害防治区部署以山洪灾害监测预警技术为核心的预测预警系统，能实时监测雨情、预报水情、发布预警、山洪态势模拟、应急反馈、灾情评估、转移群众，可极大地减轻山洪造成的严重后果。

发明内容

然而，当前国际上山洪灾害预警主要偏重于理论研究，真正投入实际运用的较少，国内参与山洪灾害监测预警相关研发产品功能在技术水平和功能方面还存在不足：

(1)偏重于基础的雨水情数据采集和简单汇总，缺乏山洪淹没模拟、演进仿真和风险分析等先进的灾害评价手段；

(2)绝大多数产品采用集总式概念性预报模型用于山丘区产汇流计算，无法适用于无资料地区的防治区域；

(3)所研发的软件产品功能单一，模块化程度低，基于物理过程的模拟仿真、实时预警和科学决策调度支撑不足等。

针对以上不足，本发明创新性地实现了以山洪动态演进仿真模型为核心的山洪灾害监测预警、风险分析和决策支持，提高了山洪灾害监测预警产品的技术水平，解决了山洪区恶劣野外环境下的山洪动态淹没模拟、演进仿真、预测预警、洪水风险分析、山洪实时预报、灾情预测分析和实时指挥调度等国内山洪灾害防治领域的重大难题，有效提升我国山洪监测预警系统信息化程度和产品技术水平，为防灾减灾提供重要技术支撑。

本发明采用如下技术方案：一种基于山洪动态演进仿真模型的灾害监测预警方法，其特征在于，包括：根据计算区域的天然地形并考虑已建水工建筑物或者道路的位置，综合考虑地形、地貌和水利设施因素的影响，用无结构网格使计算区域离散化，对研究区域进行非结构Delaunay三角形网格剖分，实现特定区域的精细网格剖分，然后逐时段地用有限体积法对每一单元建立水量、动量和浓度平衡，确保其守恒性，用黎曼近似解计算跨单元的水量、动量的法向数值通量，保证计算精度。

作为一种较佳的实施例，具体包括如下步骤：

步骤SS1：建立山洪动态演进仿真模型基本控制方程；

步骤SS2：对所述步骤SS1中的所述山洪动态演进仿真模型基本控制方程进行离散处理；

步骤SS3：对所述山洪动态演进仿真模型的水流边界进行边界条件的分类设定，所述水流边界为：陆地边界，缓流及急流的开边界，内边界，无水与有水单元转换的动边界，湿地支流边界；其他边界条件均给定在单元的某一边。

步骤SS4：根据步骤SS3中的不同的所述水流边界对方程组系显格式离散，采用逐时段迭代推进求解跨单元的水量、动量的法向数值通量。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS1中的所述山洪动态演进仿真模型基本控制方程为：

式中q＝[h,h_u,h_v]^T为守恒物理向量,f(q)＝[h_u,hu²+gh²/2,huv]^T为x向的通量向量，g(q)＝[hv,huv,hv²+gh²/2]^T为y向的通量向量； h为水深，u和v分别为x-和y-向的垂线平均匀流速分量；g为重力加速度，源汇项b(q)为

b(q)＝[q_w,gh(s_0x-s_fx)+q_wu,gh(s_0y-s_fy)] (2)

式(2)中s0x和sfx分别为x-向的河底坡度及摩阻坡度；s_0y和 s_fy分别为y-向的河底坡度及摩阻坡度，q_w为单位时间内的净雨深；所述仿真模型中摩阻坡度s_fx由曼宁公式估算，▽为梯度算子；略去已在所述仿真模型中考虑的风力、柯氏力以及涡旋力。

作为一种较佳的实施例，所述步骤SS2具体包括：应用散度定理对所述山洪动态演进仿真模型基本控制方程在任意单元Ω上进行积分离散，求得FVM的基本方程