[发明专利]一种二维非结构干滩条件下流量边界的处理方法

权利要求书

1.一种二维非结构干滩条件下流量边界的处理方法，其特征在于：在计算的初始阶段，将入口单元对应的各入口边连接起来组成一维入口控制断面，根据临界流条件迭代计算初始时刻的入流流量值在一维入口控制断面下对应的水位值，所述水位值减去入口单元的底高程即为各入口单元的水深值，依据入口单元的水深值与入口边法线方向流速的对应关系分配各入口单元的入流量；具体步骤如下：

1)获取计算所需的基础数据，包括地形数据、土地利用类型数据以及入流流量过程数据；

2)采用四边形或三角形非结构网格剖分计算区域，剖分完成后，采用平底模型模式利用该区域的地形数据为非结构网格单元的中心点赋值底高程值，在每个计算单元内，地形是平的；根据计算区域的土地利用类型数据为网格单元赋值糙率值；计算的初始水深和流速值均设置为0，满足干滩计算条件；

3)选取计算区域的上边界为流量边界，流量边界对应的单元称为入口单元，各入口单元对应的边界边为入口边；选取计算区域的下边界为自由出流边界，自由出流边界对应的单元称为出口单元；除入口单元和出口单元外，计算区域内部的单元称为常规单元；

4)获取t时刻对应的入口处流量值Q_t，根据CFL条件获取计算时间步长dt；

5)在计算的起始步t＝0时，假定入口处初始时刻流量值Q₀的值不为0，将各入口单元对应的入口边连接起来组成一维入口控制断面，平底模型模式下，入口单元中心高程即为对应入口边的高程；根据临界流条件迭代求解Q₀对应的控制断面水位Z₀；Z₀如果高于第i个入口单元的底高程Z_i，则用Z₀减去Z_i获得该入口单元的水深值，记为H_i，反之，Z₀如果低于或等于Z_i，则H_i为0；

6)通过各入口单元的水深值和入口处流量值计算入口单元对应的入口边法线方向流速；

7)根据入口单元的水深值和入口单元对应的入口边法向流速，计算通过各入口单元对应的入口边处的法向数值通量值；

8)采用完整二维浅水方程组描述洪水运动过程，采用Roe格式的近似Riemann解来计算区域内部常规单元间的数值通量；进行自由出流边界边数值通量的计算；对通过各单元的数值通量进行求和计算，更新各单元中心水力要素值到t+dt时刻；

9)令t＝t+dt，重复步骤4)-8)，直到计算结束。

2.根据权利要求1所述的一种二维非结构干滩条件下流量边界的处理方法，其特征在于：步骤5)中的临界流条件如下式所示：

式中，A(Z₀)为入口控制断面水位为Z₀时对应的过水面积，H(Z₀)为入口控制断面水位为Z₀时对应的入口控制断面平均水深，g为重力加速度。

3.根据权利要求1所述的一种二维非结构干滩条件下流量边界的处理方法，其特征在于：步骤6)中各入口单元对应的入口边法线方向流速如下式所示：

式中，U_i为第i条入口边法线方向流速，L_i为第i条入口边的长度，n为流量边界处入口单元的总个数。

4.根据权利要求3所述的一种二维非结构干滩条件下流量边界的处理方法，其特征在于：步骤7)中通过流量边界第i条入口边的数值通量如下式所示：

式中，F_i^*为第i条入口边法线方向的数值通量，n_x，n_y分别为第i条入口边法线方向的单位向量在x方向和y方向的分量，g为重力加速度。