复杂河网水动力计算方法、设备、介质技术

本发明专利技术公开了复杂河网水动力计算方法、设备和介质，本发明专利技术方法首先为各汊点设置一个初始的预测水位值，然后针对河道进行分类；针对于缓坡河道和陡峭河道，分别采用有限差分法和有限体积法计算各断面的水动力差数；接着根据各汊点处各河道断面的流量，判断各汊点处各河道断面的流量是否满足流量守恒条件；在满足流量守恒情况下或不满足流量守恒但迭代次数达到最大值情况下，将上述计算的水动力参数作为水动力计算结果；在不满足流量守恒且迭代次数还未达最大值情况下，计算汊点水位校正值，在该值小于一定值的情况下，将将校正后的汊点处水位值作为汊点当前的预测水位值，然后进入下一次迭代计算；本发明专利技术方法具有计算速度快以及稳定性强的优点。

Hydrodynamic calculation method, equipment and medium of complex river network

【技术实现步骤摘要】
复杂河网水动力计算方法、设备、介质
本专利技术属于水动力数值模拟
，特别涉及一种复杂河网水动力计算方法、计算设备和存储介质。
技术介绍
河流、湖泊是人类生存和发展的重要资源，为人类提供了重要的生产和生活资源。随着我国社会和经济的快速发展，人口数量的增多，工业化和城市现代化进程的不断加快，社会用水量迅速增加，人们对这些水体的开发利用力度越来越大。河网水动力模型是描述河网水域中水利的数学模型。河网水动力计算是水利、航运和环保等部门经常要进行的工作，可对河网地区的防洪、排涝、灌溉、航运以及水污染等水火灾害防治和水环境保护提供可靠的解决方案。河口区城市水系具有河网密布、河道纵横交错、闸泵工程数量多等特点，属于全要素复杂河网，即由山区河道、平原河网、湖库、堤防工程、闸泵和下游河口、外海组成的复杂河网系统。这类复杂河网系统对一维河网洪水模拟方法的稳定性要求极高。Preissmann隐式差分格式与分级解法是最为经典的河网水动力模型求解方法，具有计算效率高的优点，目前仍得到了广泛应用。然而，这类传统方法难以适用于跨临界流和间断流态模拟问题，应用于山区陡峭河道或干河床的洪水模拟时常遇到计算不稳定本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复杂河网水动力计算方法，其特征在于，步骤如下：步骤S1、针对河网中各汊点，对各汊点分别预设一个水位值作为其初始的预测水位值；步骤S2、根据河道水面坡降将河道分类为缓坡河道和陡峭河道；步骤S3、根据河网中各汊点当前的预测水位值，计算各河道各断面的水动力参数；其中：针对于缓坡河道，采用有限差分法计算缓坡河道各断面的水动力参数；针对于陡峭河道，采用有限体积法计算陡峭河道各断面的水动力参数；步骤S4、针对于河网中各汊点，获取通过步骤S3计算得到的该汊点处各河道断面的流量，判断该汊点处各河道断面的流量是否满足流量守恒条件；若是，则将步骤S3中当前计算得到的各河道各断面的水动力参数作为当前河网水动...

【技术特征摘要】
1.一种复杂河网水动力计算方法，其特征在于，步骤如下：步骤S1、针对河网中各汊点，对各汊点分别预设一个水位值作为其初始的预测水位值；步骤S2、根据河道水面坡降将河道分类为缓坡河道和陡峭河道；步骤S3、根据河网中各汊点当前的预测水位值，计算各河道各断面的水动力参数；其中：针对于缓坡河道，采用有限差分法计算缓坡河道各断面的水动力参数；针对于陡峭河道，采用有限体积法计算陡峭河道各断面的水动力参数；步骤S4、针对于河网中各汊点，获取通过步骤S3计算得到的该汊点处各河道断面的流量，判断该汊点处各河道断面的流量是否满足流量守恒条件；若是，则将步骤S3中当前计算得到的各河道各断面的水动力参数作为当前河网水动力计算结果；若否，则进入步骤S5；步骤S5、首先判断当前迭代次数是否达到一定值；若是，则终止迭代，将步骤S3中当前计算得到的各河道各断面的水动力参数作为当前河网水动力计算结果；若否，首先根据汊点处流入流量与流出流量的差值计算汊点水位校正值，然后判断该水位校正值是否小于一定值Z1；若是，则终止迭代，将步骤S3中当前计算得到的各河道各断面的水动力参数作为河网水动力计算结果；若否，则根据汊点水位校正值对汊点当前的预测水位值进行校正，将校正后的汊点处水位值作为下一次迭代计算时汊点的预测水位值，然后返回步骤S3。2.根据权利要求1所述的复杂河网水动力计算方法，其特征在于，每一时段执行一次步骤S1至S5；即在当前时段执行完成步骤S1至S5后，进入下一时段重新执行步骤S1至S5，直到最终时段；步骤S2中根据河道水面坡降将河道分类为缓坡河道和陡峭河道的具体过程如下：步骤S21、获取上一时段的河网水动力计算结果，得到上一时段各河道各断面的水动力参数，包括各断面的水位；步骤S22、针对于各河道，计算其中每相邻两个断面之间的水面坡降：其中，Si为河道内第i、i+1个断面之间的水面坡降，Zi、Zi+1分别为上一时段河道内第i、i+1个断面的水位；Δxi为河道内第i、i+1个断面之间的距离；M为河道内断面的总数；步骤S23、比较步骤S22计算得到的各每相邻两个断面之间的水面坡降，选取出其中一个最大值：Smax＝max(|S1|,...,|Si|,...,|SM-1|)；其中，Smax为选取出的最大值；M为河道内断面的总数；步骤S24、根据步骤S23中选取出的最大值Smax对河道进行分类，当Smax大于等于阈值Z2时，判断河道为陡峭河道，否则判断河道为缓坡河道。3.根据权利要求1所述的复杂河网水动力计算方法，其特征在于，每一时段执行一次步骤S1至S5；即在当前时段执行完成步骤S1至S5后，进入下一时段重新执行步骤S1至S5，直到最终时段；当前时段在执行步骤S1中，将上一时段最后计算得到的汊点的预测水位值，作为当前时段各汊点初始的预测水位值。4.根据权利要求1所述的复杂河网水动力计算方法，其特征在于，步骤S4中通过判断以下公式是否成立来判断汊点处各河道断面的流量是否满足流量守恒条件：其中，p为汊点编号，j为汊点处的河道编号；Qp,j为第p个汊点处第j条河道的流量，流入为正，流出为负；kin、kout分别为流入、流出汊点的河道数量。5.根据权利要求1所述的复杂河网水动力计算方法，其特征在于，步骤S3中针对于缓坡河道，采用有限差分法计算缓坡河道各断面的水动力参数具体过程如下：步骤S31、对单一缓坡河道的水动力方程进行有限差分离散，得第一式如下：式中：i为河道内断面编号；为第n+1步对应时刻的河道内第i个断面的水位、流量；a1i、a2i、c1i、c2i、d2i、E1i和E2i为已知的差分系数；n为计算步数；M为河道内断面的总数；采用追赶法对河道内各断面流量进行递推，得第二式：式中：为第n+1步对应时刻河道首断面的水位、流量；为第n+1步对应时刻的河道末断面的水位、流量；E1、E2、R1、R2、T1、T2为已知的递推系数；步骤S32、获取河道前后两个汊点当前的预测水位值，根据河道前一个汊...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓张，宋利祥，杨聿，胡凤蝶，杨芳，陈文龙，李杰，王汉岗，杨志伟，
申请(专利权)人：珠江水利委员会珠江水利科学研究院，
类型：发明
国别省市：广东,44