一种水文水力学动态双向耦合的洪水预测方法技术

本发明专利技术公开一种水文水力学动态双向耦合的洪水预测方法，包括：A1，建立模型，模型包括动态边界，动态边界的下游为淹没区，上游为非淹没区，形成位于淹没区的水力单元和位于非淹没区的水文单元；A2，对水力单元用水力计算模型计算特征波数据，对水文单元用水文计算模型计算流场数据，根据特征波数据确定淹没区与非淹没区之间的质量和动量传递；A3，根据所述淹没区与非淹没区之间的质量和动量传递更新水深数据，并将模型中水深低于水深阈值的作为水文单元，水深高于水深阈值的作为水力单元，返回A2。本发明专利技术在计算中不固定淹没区与非淹没区之间的边界位置，边界推移形成新的动态边界，实现了两种区域的交替转换，模拟更接近真实情境。

【技术实现步骤摘要】
一种水文水力学动态双向耦合的洪水预测方法
本专利技术涉及一种洪水模拟方法，尤其是一种水文水力学动态双向耦合的洪水预测方法，可以进行高效准确的洪水淹没模拟。
技术介绍
随着城市化进程加快，城镇范围向周边地区快速扩展。为了便于获得水资源，新规划城镇选址往往选在靠近河道的平坦洼地带，城镇不透水面积的增加，导致地面积水量增加，加之城市排水体系设计时对下游河道高水位情况考虑欠缺，每次发生较强的降雨就会出现严重内涝。因此，科学解决洪水问题和内涝问题究具有很强的社会效益和科学意义。洪涝预报是根据洪涝的形成和运动规律，基于已知的水文、土地、气象、水工建筑等条件，利用数学物理模型预测未来洪水的发生、变化、演进的综合性科学。洪涝预报模型主要分为水文预报模型和水力预报模型，两者的研究方向和计算模拟过程有各自的侧重点。水文预报模型以降雨作为输入驱动，根据流域内土壤、土地利用及河道地形等，分析计算不同频率降雨的产汇流情况，将径流沿河道演算到流域出口，输出结果一般是流域出口的流量变化过程。模型建立需要考虑水文循环的各个环节，对表征各环节的数学方程进行合理选择，计算本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水文水力学动态双向耦合的洪水预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/nA1，建立双向耦合洪水预测模型，所述双向耦合洪水预测模型包括动态边界s，动态边界s的下游为淹没区w，上游为非淹没区d，对双向耦合洪水预测模型划分网格，形成位于淹没区w的水力单元和位于非淹没区d的水文单元；/nA2，对于水力单元采用水力计算模型计算特征波数据，对于水文单元采用水文计算模型计算流场数据，并根据所述特征波数据确定淹没区w与非淹没区d之间的质量和动量传递；/nA3，根据所述淹没区w与非淹没区d之间的质量和动量传递更新水深数据，并将双向耦合洪水预测模型中水深低于水深阈值的作为水文单元，水深高于水深阈值的作为水力单...

【技术特征摘要】
1.一种水文水力学动态双向耦合的洪水预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
A1，建立双向耦合洪水预测模型，所述双向耦合洪水预测模型包括动态边界s，动态边界s的下游为淹没区w，上游为非淹没区d，对双向耦合洪水预测模型划分网格，形成位于淹没区w的水力单元和位于非淹没区d的水文单元；
A2，对于水力单元采用水力计算模型计算特征波数据，对于水文单元采用水文计算模型计算流场数据，并根据所述特征波数据确定淹没区w与非淹没区d之间的质量和动量传递；
A3，根据所述淹没区w与非淹没区d之间的质量和动量传递更新水深数据，并将双向耦合洪水预测模型中水深低于水深阈值的作为水文单元，水深高于水深阈值的作为水力单元，返回A2。


2.根据权利要求1所述的水文水力学动态双向耦合的洪水预测方法，其特征在于，
步骤A2中，根据所述特征波数据确定淹没区w与非淹没区d之间的质量和动量传递所依据的传播条件包括：
第一判定条件：判断动态边界处特征波传播方向，如果动态边界处的特征波传播方向全部指向水力单元，则判定水文单元向水力单元传递质量，不传递动量；
第二判定条件：如果动态边界处的特征波传播方向不是全部指向水力单元，则判定水力单元向水文单元传递质量和动量。


3.根据权利要求1所述的水文水力学动态双向耦合的洪水预测方法，其特征在于，
所述水文计算模型采用扩散波方程进行水文计算，所述水力计算模型采用运动波方程进行水力计算，
所述特征波数据包括流速、水深、特征波方向。


4.根据权利要求3所述的水文水力学动态双向耦合的洪水预测方法，其特征在于，
还设置过渡区ds表示动态边界s的位置变化范围，所述过渡区ds采用与淹没区w相同的网格划分形式。


5.根据权利要求4所述的水文水力学动态双向耦合的洪水预测方法，其特征在于，还设置有网格变化线g，所述网格变化线g位于非淹没区d与过渡区ds之间，用于分隔不同的网格划分。


6.根据权利要求5所述的水文水力学动态双向耦合的洪水预测方法，其特征在于，步骤A2中，所述对于水力单元采用水力计算模型计算特征波数据，对于水文单元采用水文计算模型计算流场数据，并根据所述特征波数据确定淹没区w与非淹没区d之间的质量和动量传递的过程包括：
对整个双向耦合洪水预测模型划分粗网格，并在淹没区w和过渡区ds进一步划分细网格，其中，h表示水深，u表示流速，
已知tn＝nΔt时刻，淹没区w的水深和流速非淹没区d的水深和流速过渡区ds的水深和流速动态边界s的位置sn，动态边界s处的水深和流速淹没区w的运动波方程时间步长为Δt，非淹没区d的扩散波方程的时间步长为mΔt，且m>1，根据以下步骤确定淹没区w与非淹没区d之间的质量和动量传递：
S1，在整个双向耦合洪水预测模型的粗网格上进行水文计算，获得淹没区w、非淹没区d的粗网格单元节点在(n+m)Δt时刻的水深和流速变量其中，对于利用水文计算获得的淹没区的变量标记*；
S2，将粗网格的水深和流速变量在网格变化线g上按距离线性插值，获得在网格变化线g处的作为边界条件，求解扩散波方程，获得过渡区ds以及淹没区w的细网格水深和流速变量
S3，在过渡区ds的细网格上，将(n+m)Δt时刻的过渡区ds的在时间...

【专利技术属性】
技术研发人员：江春波，周琦，柳高飞，段艳华，刘昭伟，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11