【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于山洪预报；尤其涉及一种基于多维耦合水动力模型的山洪模拟预报方法。
技术介绍
1、山洪是一种由高强度降雨引发的自然灾害，常常导致严重的生命财产损失。暴雨山洪广泛发育在山丘区，受复杂地形地貌和水文气象等孕灾环境的影响，山洪事件点多面广，时空变异大，具有高度的非线性、随机性和复杂性，洪水行为呈现显著的时空分异性，致灾性和破坏性也不尽相同，形成的灾害类型复杂多样，预报预警难度大。
2、山洪模型预报大体可以分为水文学模型、水动力学模型以及水文-水动力耦合模型。水文学方法根据水量平衡原理，将降雨资料、下垫面参数作为模型输入条件，侧重得到流域汇流结果，然而对于洪水演进的分布与过程过程进行了较多的参数化近视，刻画不够精细。水动力模型根据质量守恒动量守恒的基本原理及流场时空变化表达流域水循环的分布与过程，物理机理清楚可靠。根据流场空间的几何特征，水动力模型又可以概化为一维圣维南方程、平面二维浅水方程及三维模型。
3、模型的选择往往受到模型适用范围、空间分辨率、计算效率等综合因素的影响，复杂的模型及大量的网格意味着需要大量的计算时间与等待。尤其需要指出的是，受多尺度空间离散精度与网格分辨率的影响，局部的细网格虽然对整体的网格数量增加影响不大，但是出于时间推进稳定性的考虑，不得不采用较小的时间步长，导致累计计算时间显著增加。
技术实现思路
1、本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于多维耦合水动力模型的山洪模拟预报方法，以解决现有技术山洪预报受多尺度空间离散精度与
2、本专利技术技术方案：
3、一种基于多维耦合水动力模型的山洪模拟预报方法，所述方法为：采用多维耦合模式建立了山洪模拟水动力学模型，包括山区河道洪水演进采用一维圣维南方程，山区地表坡面汇流采用平面二维浅水方程，利用水力学堰流公式计算地表与河道的水量交换，包括地表水向河道的汇集及河道水位超过堤防引起的溢流。
4、所述山洪模拟水动力学模型计算引擎包含了cpu与gpu并行加速功能。
5、采用多维耦合模式建立了山洪模拟水动力学模型的构建方法包括：
6、守恒形式的一维水动力控制方程如下：
7、
8、
9、式中，a代表过水断面面积，q表示断面平均流量，qm代表集中入流，qr表示均匀旁侧入流，g为重力加速度；i1为静水压力项；i2为由于河道或是管道断面宽度改变引起的压力；
10、平面二维水动力控制方程为：
11、连续性方程：
12、
13、其中：
14、
15、s＝s0+sf+se
16、这里，h代表水深，u，v分别为x，y方向的流速值，g为重力加速度；源项s分为三部分，分别为s0、sf、se；s0为底坡源项，sf为摩阻源项，se为其它源项，分别表示为：
17、
18、
19、
20、式中，z为地形高程，n代表曼宁糙率系数，α为径流系数，re代表降雨强度，f是土壤入渗率，qex(qex/am)为单位面积内地表与地下排水管网的流量交换，qex为交换流量。
21、土壤入渗率f计算公式为：
22、
23、其中，f为累积下渗深度；ks为土壤饱和导水率；h为地面水深；为湿润锋面吸力；θs为饱和土壤含水率，即为土壤的孔隙度；θi为初始含水率。
24、本专利技术的有益效果：
25、本专利技术基于河道与水系水流具有明显的一维特征，采用一维圣维南方程可以有效提高计算效率。地表汇流过程具有明显的二维特征，采用平面二维浅水方程模拟是可行的选项。根据流域水循环中不同区域的水流与空间特征采用不同的计算模型，分而治之并统筹耦合，可以在保证计算模拟精度的基础下有效提高计算效率。
26、解决了现有技术山洪预报受多尺度空间离散精度与网格分辨率的影响，局部的细网格虽然对整体的网格数量增加影响不大，但是出于时间推进稳定性的考虑，不得不采用较小的时间步长，导致累计计算时间显著增加等技术问题。
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1.一种基于多维耦合水动力模型的山洪模拟预报方法，其特征在于：所述方法为：采用多维耦合模式建立了山洪模拟水动力学模型，包括山区河道洪水演进采用一维圣维南方程，山区地表坡面汇流采用平面二维浅水方程，利用水力学堰流公式计算地表与河道的水量交换，包括地表水向河道的汇集及河道水位超过堤防引起的溢流。
2.根据权利要求1所述的一种基于多维耦合水动力模型的山洪模拟预报方法，其特征在于：所述山洪模拟水动力学模型计算引擎包含了CPU与GPU并行加速功能。
3.根据权利要求1所述的一种基于多维耦合水动力模型的山洪模拟预报方法，其特征在于：采用多维耦合模式建立了山洪模拟水动力学模型的构建方法包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于多维耦合水动力模型的山洪模拟预报方法，其特征在于：土壤入渗率f计算公式为：
【技术特征摘要】
1.一种基于多维耦合水动力模型的山洪模拟预报方法，其特征在于：所述方法为：采用多维耦合模式建立了山洪模拟水动力学模型，包括山区河道洪水演进采用一维圣维南方程，山区地表坡面汇流采用平面二维浅水方程，利用水力学堰流公式计算地表与河道的水量交换，包括地表水向河道的汇集及河道水位超过堤防引起的溢流。
2.根据权利要求1所述的一种基于多维耦合水动力模型的山洪模...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵健，蔡云，余江顺，黄隆，杨泽伟，刘汉婕，吴姗，刘丹丹，余容，
申请(专利权)人：中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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