【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于数值模拟，具体涉及基于一维水动力模型的流域动态淹没评估方法。
技术介绍
1、洪水给人类带来的灾害长期以来一直位居各类自然灾害之首，据统计，在2000-2019年全球发生的各种自然灾害事件中，洪水灾害占比44％，因洪水产生的受灾人口占总受灾人口的41％。洪水多由强降雨事件引起，而随着全球气候变化，极端降雨事件的发生频次和强度均有所增加，引发的洪水灾害频次和损失也相应增加，因此，对洪水致灾过程的研究一直以来都是水利领域的研究热点。
2、随着计算机技术的发展，采用数值模型模拟洪水过程逐渐进入人们的视野，通过构建数值模型并开展数值模拟可便捷地计算不同重现期的洪水演进淹没过程，目前常用的方法有一维河道水动力模型、二维地表水动力模型等。其中一维地表水动力模型具有计算速度快的优势，但却无法反映大洪水时河道洪水的漫滩过程，难以准确求得洪水淹没范围；而二维地表水动力模型则具有物理过程明确、能准确反映洪水的演进及淹没过程的特点，但计算效率比较低，尤其是针对流域洪水这类大尺度数值模拟问题，即使通过网格优化和一些加速手段(如gpu加速等)加速后，参与计算的网格数量仍然十分庞大，因此，需要一种在保证计算效率和一定物理过程的前提下，快速有效地得到洪水淹没范围的方法。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供基于一维水动力模型的流域动态淹没评估方法，解决现有技术无法反映大洪水时河道洪水的漫滩过程，难以准确求得洪水淹没范围的问题。
2、本专利技术所采用的技术方案是，基于一维水
3、s1、获取基础数据，包括计算区域dem数据和河网矢量数据；
4、s2、根据基础数据生成计算区域的最近邻河道相对高度hand文件、子流域flag文件，获取断面数据、曼宁系数、流量过程及计算时长，对河道断面数据进行网格划分，根据子流域flag文件对河段和hand文件进行关联；
5、s3、对一维河网模型进行求解，得到水力要素各项数值；
6、s4、更新每个网格上的水力要素各项数值，并根据s2中的对应关系，采用每个河段的平均水深与hand文件进行判定，得到淹没范围与淹没水深；
7、s5、对各河段水力要素各项数值及流域淹没范围和淹没水深进行输出；
8、s6、重复s3～s5，直到模拟时间达到设定总时长，模拟完成结束计算。
9、本专利技术的特点还在于：
10、s2中生成区域内最近邻河道相对高度的hand文件和子流域flag文件的具体方法为：
11、使用python调用arcgis，首先加载计算区域的dem数据和河网矢量数据，对其进行坐标配准，确保河网矢量文件与dem数据对应；其次提取河网矢量文件中所有不为汊点的点，并转为栅格，作为后续计算流水累计量的权重栅格；然后对dem数据进行填洼及流向分析，根据流向分析结果与权重栅格计算流水累积量，按需要设定流水累积量阈值并生成河道栅格；最后使用河道栅格和流向分析结果分别生成hand文件和子流域flag文件；
12、步骤2中根据子流域flag文件关联河段和hand文件的具体方法为：
13、假设研究区域内共有n个河段，在经过步骤2划分后，每一个河段均会成为一部分hand网格的最近邻河段，整个研究区域被分为n个不同的子区域，对每个子区域与其最近邻河道进行编号与对应，每个子区域的淹没情况仅受最近邻河道水位的影响；
14、s3中对一维河网模型进行求解具体为：
15、采用godunov格式的有限体积法离散一维圣维南方程，得到通量项、水面坡度源项、摩阻源项，所述一维圣维南方程具体为：
16、
17、其中，
18、
19、式中，u、f和s分别为基本变量、通量和源项的矢量形式；t为时间；x为河段长度；a过水断面面积；q为断面流量；z为河道水面高度；g为重力加速度；sf为河床阻力，计算公式如下：
20、
21、式中，n为曼宁系数，r为断面的水力半径；
22、采用muscl格式外推构造每个网格左右界面的变量，使得求解具有二阶空间精度，其中，muscl重构表达式为：
23、
24、式中，和分别为右侧界面左右单元的重构值，δxi和δxi+1为第i和第i+1个网格单元的距离差；
25、采用龙格-库塔法实现时间变量步进，保证时间尺度精度为二阶；根据外推的水力要素，采用hll格式的近似riemann求解器计算界面通量，其中，hll格式的近似riemann求解器计算界面通量的表达式为：
26、
27、式中，sl和sr为单元左右两侧的波速；fl为左侧网格的通量，fr为右侧网格的通量，f*为hll近似riemann解，其计算方法为：
28、
29、式中，f(ul)为取界面左侧网格基本变量进行计算的通量，f(ur)为取界面右侧网格基本变量进行计算的通量，ul为界面右侧基本变量，ur为界面左侧基本变量；
30、s4中采用每个河段平均水深与hand值进行判定，得到淹没范围和淹没水深的具体方法为：
31、将s3中一维水动力模型求得的一维河道水位值在每一河段上进行平均，采用该河段平均水位值与其对应的子区域hand值作差，认为差值大于0的区域将被淹没，淹没水深值即为差值。
32、本专利技术的有益效果是：
33、1.本专利技术解决了传统模拟洪水演进淹没过程时一维水动力模型难以模拟洪水漫滩过程，而二维水动力模型计算效率较低的问题，采用python调用arcgis中的水文分析模块生成hand文件，采用基于hll格式的一维水动力模型模拟河道洪水过程，根据河道水位和其对应子流域获得洪水淹没范围，采用本方法可以快速地获得大尺度流域的洪水淹没范围；
34、2.对河道采用了一维网格进行模拟，可以准确且快速地获得任意河段的水深，根据与hand值的比较可快速获得洪水的淹没范围，相较二维模型，在模拟大尺度的洪水淹没时，虽然缺乏了流速等水力要素，但模拟速度有极大提升，是一种快速获得洪水淹没范围的有效方法，本专利技术的基于一维水动力模型的流域动态淹没评估方法过程明确，方法简便，用时较短，可用于大尺度流域洪水淹没范围的快速计算与评估。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.基于一维水动力模型的流域动态淹没评估方法，其特征在于，具体如下：
2.根据权利要求1所述的基于一维水动力模型的流域动态淹没评估方法，其特征在于，所述S2中生成区域内最近邻河道相对高度的HAND文件和子流域flag文件的具体方法为：
3.根据权利要求1所述的基于一维水动力模型的流域动态淹没评估方法，其特征在于，所述步骤2中根据子流域flag文件关联河段和HAND文件的具体方法为：
4.根据权利要求1所述的基于一维水动力模型的流域动态淹没评估方法，其特征在于，所述S3中对一维河网模型进行求解具体为：
5.根据权利要求1所述的基于一维水动力模型的流域动态淹没评估方法，其特征在于，所述S4中采用每个河段平均水深与HAND值进行判定，得到淹没范围和淹没水深的具体方法为：
【技术特征摘要】
1.基于一维水动力模型的流域动态淹没评估方法，其特征在于，具体如下：
2.根据权利要求1所述的基于一维水动力模型的流域动态淹没评估方法，其特征在于，所述s2中生成区域内最近邻河道相对高度的hand文件和子流域flag文件的具体方法为：
3.根据权利要求1所述的基于一维水动力模型的流域动态淹没评估方法，其特征在于，所述步骤2中根据子流域...
【专利技术属性】
技术研发人员：吕佳豪，侯精明，李东来，官保君，王添，马红丽，陈光照，景静，梁鑫，潘鑫鑫，杨露，李轩，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。