[发明专利]一种基于数字高程模型的洪水演进数值模拟计算修正方法

摘要

本发明涉及一种基于数字高程模型的洪水演进数值模拟计算修正方法，包括：通过修正系数对负水深网格进行修正，获得该网格的实际水深，克服了在以往的移动边界计算中，经常发生水面标高低于地面标高的情况，也就是计算后的水深变为负值，即出现负水深网格，从而导致计算域内的质量不能保证守恒，稳定性变差，甚至计算发散而得不到结果，直接影响到洪水演进数值计算无法顺利进行的技术问题，通过引入所述修正系数λ，使当出现水面标高低于地面标高时，洪水演进数值模拟计算得以顺利进行。

主权项

1.一种基于数字高程模型的洪水演进数值模拟计算修正方法，包括：①利用有理函数模型建立一计算域内的洪水高发地区的数字高程模型，并对所述计算域进行二维规则网格划分，以建立二维规则网格模型及进行网格参数设定，建立所述二维规则网格模型及网格参数设定的方法包括：A：建立所述二维规则网格模型，即所述计算域按照一定空间步长（、）进行分割后得到二维规则网格模型，定义（i，j）为该二维规则网格模型中一网格，且该网格为正方形网格，即=；B：网格参数设定，即设定所述二维规则网格模型中任一网格的水深为H，且与该网格按X轴同方向的单宽流量M，与Y轴同方向的单宽流量 N；同时设定所述洪水演进数值计算的时间步n，以及该时间步n对应的时间步长；②通过单宽流量公式获得所述二维规则网格模型中各网格在n+1时间步的所述单宽流量M和单宽流量 N；其方法，包括：预设初始条件，即，在n时间步，且设定位于所述计算域的边界上的流量输入起始界的各边界网格的初值参数，该初值参数包括：初始水深，所述单宽流量M的对应流速矢量，以及所述单宽流量 N的对应流速矢量；在所述单宽流量公式中位于所述计算域外的网格的初值参数与该网格相邻的一边界网格的初值参数相同，且位于所述计算域内的网格的初值参数的相应取值为0；以及，所述单宽流量M和单宽流量N的初始值的计算公式：（1）；（2）；所述单宽流量公式：（3）；（4）；③根据所述各网格在n+1时间步的单宽流量M和单宽流量N，建立所述各网格的水深计算式，即（5）；其中， n+2时间步作为水深计算的起始时间步，H表示所述网格水深，表示在所述起始时间步时网格（i，j）的区域内的水深；表示在n时间步的所述网格的区域内的水深，且该时间步的水深为预设值；表示在n+1时间步的所述网格在X轴方向上流体的流入单宽流量；表示相邻网格在X轴方向上的流入单宽流量，即，所述网格在X轴方向上的流出单宽流量；表示在n+1时间步的所述网格在Y轴方向上流体的流入单宽流量；表示相邻网格在Y轴方向上的流入单宽流量，即，所述网格在Y轴方向上的流出单宽流量；④若步骤③计算出一网格的水深H小于0，即该网格为负水深网格，则引入一修正系数重新对该负水深网格的水量进行修正计算，直到该负水深网格修正为实际水深后，再转入步骤②通过所述单宽流量公式获得所述二维规则网格模型中各网格在下一时间步的单宽流量M和单宽流量N；其中，当一网格出现负水深时，根据负水深网格在当前时间步n的单宽流量M和单宽流量N计算出该负水深网格的流入总量和流出总量；所述流入总量公式：（6）；所述流出总量公式：（7）；所述计算修正系数λ的公式：（8）；并根据公式（1）、（2）、（3）、（4）、（6）、（7）修正当前负水深网格在n+1时间步的流入量和流出量，得出所述负水深网格在n+2时间步的实际水深：（9）。