【技术实现步骤摘要】
一种使用汊点影响区水面梯度的河网水流数值模拟方法
本专利技术涉及水利工程领域，尤其涉及防洪减灾领域，具体为一种使用汊点影响区水面梯度的河网水流数值模拟方法。
技术介绍
河网指的是一系列河段首尾相互连接形成的具有水力联系的统一整体，河段和河段之间的连接点定义为汊点。我国疆域辽阔，水系纵横交织，河网的问题非常常见。在进行流域洪水调度、农田水利规划、城市水系综合整治等方面，都离不开河网水流数值模拟技术的支持。学术界对河网水流数值模拟的研究起步较早，可追溯到上世纪五十年代，但是，随着水利行业的不断发展，现有的河网模拟技术已不能完全满足水利工程领域的需求。目前，最主流的河网数值模拟方法是基于隐式有限差分的方法，比较代表性的数值计算格式有Preissmann的四点中心隐格式和Abbott六点中心隐格式，各大洪水分析的商业软件也大都采用了这类方法。在河网早期的计算技术中，以直接求解大型稀疏矩阵为主，但是当遇到较大规模的河网时，计算速度将变得非常慢，计算效率低下，为克服这种情况，后来逐渐发展出河网的各类分级解法，其本质都是降低稀疏矩...
【技术保护点】
1.一种使用汊点影响区水面梯度的河网水流数值模拟方法，其特征在于：将汊点与各连接河段首/末端单元中心所连成的区域定义为汊点影响区域，在汊点影响区内利用汊点与各连接河段的水面梯度计算各河段流入或流出汊点的流量值，根据这些流量值建立汊点水量平衡方程，通过数值迭代方法求解该水量平衡方程获得下一时刻的汊点水位值，进而实现河网模型的求解，包括以下具体步骤：/n1)测量或收集河网数据，包括河网平面几何形状以及各组成河段横断面信息；/n2)对河网汊点及各河段进行编号，建立各汊点与各河段的拓扑关系，采用有限体积单元对各河段进行离散，对各河段离散后的有限体积单元依次进行编号，默认各河段水流的...
【技术特征摘要】
1.一种使用汊点影响区水面梯度的河网水流数值模拟方法，其特征在于：将汊点与各连接河段首/末端单元中心所连成的区域定义为汊点影响区域，在汊点影响区内利用汊点与各连接河段的水面梯度计算各河段流入或流出汊点的流量值，根据这些流量值建立汊点水量平衡方程，通过数值迭代方法求解该水量平衡方程获得下一时刻的汊点水位值，进而实现河网模型的求解，包括以下具体步骤：
1)测量或收集河网数据，包括河网平面几何形状以及各组成河段横断面信息；
2)对河网汊点及各河段进行编号，建立各汊点与各河段的拓扑关系，采用有限体积单元对各河段进行离散，对各河段离散后的有限体积单元依次进行编号，默认各河段水流的方向为从编号小的单元向编号大的单元流动，水力要素变量存储在有限体积单元的中心；
3)给各河段有限体积单元设置单元糙率，给各河段的有限体积单元设置初始水位值和初始流量值，给各汊点设置初始水位值；
4)当前时刻以T时刻表示，采用线性插值方法获取当前时刻各河段的外边界条件值；
5)根据CFL条件计算满足当前时刻计算稳定的时间步长DT；
6)采用完整的一维浅水方程组描述各河段水流运动，利用T时刻各有限体积单元中心的水力要素值、汊点水位值和外边界条件的值，采用HLL数值格式计算通过各河段有限体积单元界面处的数值通量，进而求得各河段有限体积单元在T+DT时刻的水力要素值；
7)求解T+DT时刻各汊点处的水位值：首先假定T+DT时刻各汊点处的水位值与T时刻汊点的水位值相等，即ZNODE(I，T+DT)＝ZNODE(I，T)，其中I为汊点的编号，ZNODE为汊点水位，计算该汊点与相邻各河段首/末单元的水面梯度，计算公式如下：
SNODE(I,J)＝(ZLINK(I,J)-ZNODE(I,T+DT))/LENGTH(I,J)(1)
其中SNODE(I,J)表示汊点I与与其相连接的第J条河段在汊点影响区的水面梯度，ZLINK(I,J)为与汊点I相连接的第J条河段在该汊点影响区内的计算单元在T+DT时刻的水位值，LENGTH(I,J)为汊点I与与其相连接的第J条河段的首/末端单元中心的距离；
根据计算出的汊点与各连接河段在汊点影响区的水面梯度值，计算各连接河段流入或流出汊点的流量，公式如下：
QNODE(I,J)＝n(I,J)-1*R(I,J)2/3*SNODE(I,J)1/2...
【专利技术属性】
技术研发人员：张大伟，刘友春，孙东亚，王静，吴泽广，郑和震，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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