一种地表径流模拟系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种地表径流模拟系统及方法，涉及仿真模拟技术领域，包括：获取待模拟区域的数字高程模型、降水网格数据和土地网格数据，并对数字高程模型进行网格化处理得到包含多个区域子网格的区域网格，随后根据降水网格数据和土地网格数据处理得到各区域子网格关联的降水数据和土地类型数据；构建水动力控制方程，将各区域子网格关联的降水数据和土地类型数据作为区域网格的当前时刻的初始状态数据，对水动力控制方程进行迭代求解得到后续各时刻各区域子网格的地表径流的向上位移量，并对关联有向上位移量的各区域子网络进行渲染着色得到地表径流动态模拟结果。有益效果是实现地表径流变化的动态可视化展示，为径流生态调控提供有力数据支撑。调控提供有力数据支撑。调控提供有力数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种地表径流模拟系统及方法


[0001]本专利技术涉及仿真模拟
，尤其涉及一种地表径流模拟系统及方法。

技术介绍

[0002]洪涝灾害是发生频率高、危害范围广且对国民经济影响最为严重的自然灾害，洪灾具有明显的季节性、区域性和可重复性。根据相关资料可知，降雨是直接导致洪灾发生的一个重要因素，在以往对洪灾进行径流生态调研实践中可知，径流生态调控可以通过植被、土壤等介质对大气降水的截留与吸收，强化雨水就地利用与异地叠加利用的能力，在减少水土流失的同时，能够最大程度地增加土壤蓄水量，改善区内水文环境。
[0003]地表径流是指由降水或冰雪融化形成的、沿着流域的不同路径流入河流、湖泊或海洋的水流。模拟径流的成流过程能够为径流生态调控提供数据支撑，如何实现地表径流的动态模拟，以直观查看地表径流随时间变化成为亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种地表径流模拟系统，包括：
[0005]数据预处理模块，用于获取待模拟区域的数字高程模型、降水网格数据和土地网格数据，并对所述数字高程模型进行网格化处理得到包含多个区域子网格的区域网格，随后根据所述降水网格数据和所述土地网格数据处理得到各所述区域子网格关联的降水数据和土地类型数据；
[0006]径流模拟模块，连接所述数据预处理模块，用于构建水动力控制方程，将各所述区域子网格关联的所述降水数据和所述土地类型数据作为所述区域网格的当前时刻的初始状态数据，对所述水动力控制方程进行迭代求解得到后续各时刻各所述区域子网格的地表径流的向上位移量，并对关联有所述向上位移量的各所述区域子网络进行渲染着色得到所述待模拟区域的地表径流动态模拟结果。
[0007]优选的，所述降水网格数据包含多个降水子网格，每个所述降水子网格关联有相应的第一经纬度坐标和单位时间降雨量；所述土地网格数据包含多个土地子网格，每个所述土地子网格关联有相应的第二经纬度坐标和随时间变化的渗水变化曲线；则所述数据预处理模块包括：
[0008]网格化处理单元，用于对获取的所述待模拟区域的所述数字高程模型进行网格化处理得到包含多个所述区域子网格的所述区域网格；
[0009]各所述区域子网格关联有相应的第三经纬度坐标；
[0010]第一关联单元，连接所述网格化处理单元，用于针对每个所述区域子网格，根据各个所述降水子网格的所述第一经纬度坐标和所述区域子网格关联的所述第三经纬度坐标处理得到覆盖所述区域子网格的各所述降水子网格的覆盖面积占所述区域子网格表面积的覆盖比例，随后将对应的各所述覆盖比例作为权重，将对应的各所述降水子网格关联的单位时间降雨量进行加权求和得到所述区域子网络关联的所述降水数据；
[0011]第二关联单元，连接所述网格化处理单元，用于针对每个所述区域子网格，根据各个所述土地子网格的所述第二经纬度坐标和所述区域子网格关联的所述第三经纬度坐标处理得到覆盖所述区域子网格的各所述土地子网格的覆盖面积占所述区域子网格表面积的覆盖比例，随后将对应的各所述覆盖比例作为权重，将对应的各所述土地子网格关联的所述渗水变化曲线中对应时刻的渗水率进行加权求和得到所述区域子网络关联的所述土地类型数据。
[0012]优选的，所述网格化处理单元包括：
[0013]网格化子单元，用于对获取的所述待模拟区域的所述数字高程模型进行网格化处理得到包含多个第一子网格的数字高程网格；
[0014]处理子单元，连接所述网格化子单元，用于针对每个所述第一子网格，将所述第一子网格以及包围所述第一子网格的多个其他所述第一子网格作为一个所述区域子网格，得到所述区域网格。
[0015]优选的，所述径流模拟模块包括：
[0016]第一求解单元，用于将每个所述区域子网格作为一个微元控制体，根据所述区域网格的当前时刻的所述初始状态数据，采用有限体积法并基于水质量瞬时守恒对所述水动力控制方程进行求解，得到当前时刻的各所述区域子网格的地表水质量；
[0017]第二求解单元，连接所述第一求解单元，用于将当前时刻的各所述地表水质量作为已知量代入所述水动力控制方程，迭代求解下一时刻各所述区域子网格的地表水质量；
[0018]径流处理单元，分别连接所述第一求解单元和所述第二求解单元，用于针对求解得到的每个时刻的各所述区域子网格的所述地表水质量，根据地表水密度和每个所述区域子网格的表面积处理得到各所述区域子网格的地表径流的所述向上位移量，并建立各所述向上位移量与对应的所述区域子网格的关联关系；
[0019]径流模拟单元，连接所述径流处理单元，用于将关联有所述向上位移量的各所述区域子网络进行渲染着色得到所述待模拟区域的所述地表径流动态模拟结果。
[0020]优选的，所述水动力控制方程为欧拉方程。
[0021]本专利技术还提供一种地表径流模拟方法，应用于上述的地表径流模拟系统，所述地表径流模拟方法包括：
[0022]步骤S1，所述地表径流模拟系统获取待模拟区域的数字高程模型、降水网格数据和土地网格数据，并对所述数字高程模型进行网格化处理得到包含多个区域子网格的区域网格，随后根据所述降水网格数据和所述土地网格数据处理得到各所述区域子网格关联的降水数据和土地类型数据；
[0023]步骤S2，所述地表径流模拟系统构建水动力控制方程，将各所述区域子网格关联的所述降水数据和所述土地类型数据作为所述区域网格的当前时刻的初始状态数据，对所述水动力控制方程进行迭代求解得到后续各时刻各所述区域子网格的地表径流的向上位移量，并对关联有所述向上位移量的各所述区域子网络进行渲染着色得到所述待模拟区域的地表径流动态模拟结果。
[0024]优选的，所述降水网格数据包含多个降水子网格，每个所述降水子网格关联有相应的第一经纬度坐标和单位时间降雨量；所述土地网格数据包含多个土地子网格，每个所述土地子网格关联有相应的第二经纬度坐标和随时间变化的渗水变化曲线；则所述步骤S1
包括：
[0025]步骤S11，所述地表径流模拟系统对获取的所述待模拟区域的所述数字高程模型进行网格化处理得到包含多个所述区域子网格的所述区域网格；
[0026]各所述区域子网格关联有相应的第三经纬度坐标；
[0027]步骤S12，所述地表径流模拟系统针对每个所述区域子网格，根据各个所述降水子网格的所述第一经纬度坐标和所述区域子网格关联的所述第三经纬度坐标处理得到覆盖所述区域子网格的各所述降水子网格的覆盖面积占所述区域子网格表面积的覆盖比例，随后将对应的各所述覆盖比例作为权重，将对应的各所述降水子网格关联的单位时间降雨量进行加权求和得到所述区域子网络关联的所述降水数据；
[0028]步骤S13，所述地表径流模拟系统针对每个所述区域子网格，根据各个所述土地子网格的所述第二经纬度坐标和所述区域子网格关联的所述第三经纬度坐标处理得到覆盖所述区域子网格的各所述土地子网格的覆盖面积占所述区域子网格表面积的覆盖比例，随后将对应的各所述覆盖比例作为权重，将对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地表径流模拟系统，其特征在于，包括：数据预处理模块，用于获取待模拟区域的数字高程模型、降水网格数据和土地网格数据，并对所述数字高程模型进行网格化处理得到包含多个区域子网格的区域网格，随后根据所述降水网格数据和所述土地网格数据处理得到各所述区域子网格关联的降水数据和土地类型数据；径流模拟模块，连接所述数据预处理模块，用于构建水动力控制方程，将各所述区域子网格关联的所述降水数据和所述土地类型数据作为所述区域网格的当前时刻的初始状态数据，对所述水动力控制方程进行迭代求解得到后续各时刻各所述区域子网格的地表径流的向上位移量，并对关联有所述向上位移量的各所述区域子网络进行渲染着色得到所述待模拟区域的地表径流动态模拟结果。2.根据权利要求1所述的地表径流模拟系统，其特征在于，所述降水网格数据包含多个降水子网格，每个所述降水子网格关联有相应的第一经纬度坐标和单位时间降雨量；所述土地网格数据包含多个土地子网格，每个所述土地子网格关联有相应的第二经纬度坐标和随时间变化的渗水变化曲线；则所述数据预处理模块包括：网格化处理单元，用于对获取的所述待模拟区域的所述数字高程模型进行网格化处理得到包含多个所述区域子网格的所述区域网格；各所述区域子网格关联有相应的第三经纬度坐标；第一关联单元，连接所述网格化处理单元，用于针对每个所述区域子网格，根据各个所述降水子网格的所述第一经纬度坐标和所述区域子网格关联的所述第三经纬度坐标处理得到覆盖所述区域子网格的各所述降水子网格的覆盖面积占所述区域子网格表面积的覆盖比例，随后将对应的各所述覆盖比例作为权重，将对应的各所述降水子网格关联的单位时间降雨量进行加权求和得到所述区域子网络关联的所述降水数据；第二关联单元，连接所述网格化处理单元，用于针对每个所述区域子网格，根据各个所述土地子网格的所述第二经纬度坐标和所述区域子网格关联的所述第三经纬度坐标处理得到覆盖所述区域子网格的各所述土地子网格的覆盖面积占所述区域子网格表面积的覆盖比例，随后将对应的各所述覆盖比例作为权重，将对应的各所述土地子网格关联的所述渗水变化曲线中对应时刻的渗水率进行加权求和得到所述区域子网络关联的所述土地类型数据。3.根据权利要求2所述的地表径流模拟系统，其特征在于，所述网格化处理单元包括：网格化子单元，用于对获取的所述待模拟区域的所述数字高程模型进行网格化处理得到包含多个第一子网格的数字高程网格；处理子单元，连接所述网格化子单元，用于针对每个所述第一子网格，将所述第一子网格以及包围所述第一子网格的多个其他所述第一子网格作为一个所述区域子网格，得到所述区域网格。4.根据权利要求1所述的地表径流模拟系统，其特征在于，所述径流模拟模块包括：第一求解单元，用于将每个所述区域子网格作为一个微元控制体，根据所述区域网格的当前时刻的所述初始状态数据，采用有限体积法并基于水质量瞬时守恒对所述水动力控制方程进行求解，得到当前时刻的各所述区域子网格的地表水质量；第二求解单元，连接所述第一求解单元，用于将当前时刻的各所述地表水质量作为已
知量代入所述水动力控制方程，迭代求解下一时刻各所述区域子网格的地表水质量；径流处理单元，分别连接所述第一求解单元和所述第二求解单元，用于针对求解得到的每个时刻的各所述区域子网格的所述地表水质量，根据地表水密度和每个所述区域子网格的表面积处理得到各所述区域子网格的地表径流的所述向上位移量，并建立各所述向上位移量与对应的所述区域子网格的关联关系；径流模拟单元，连接所述径流处理单元，用于将关联有所述向上位移量的各所述区域子网络进行渲染着色得到所述待模拟区域的所述地表径流动态模拟结果。5.根据权利要求4所述的地表径流模拟系统，其特征在于，所述水动力控制方程为欧拉方程。6.一种地表径流模拟方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：周令珩，朱仁，温骏炎，赵亮，
申请(专利权)人：宁波美象信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：