[发明专利]一种基于Godunov格式一、二维耦合技术的山洪数值模拟方法

权利要求书

1.一种基于Godunov格式一、二维耦合技术的山洪数值模拟方法，其特征在于：该方法采用水动力学方法来模拟山洪过程，包括以下步骤：

1)获取流域的数字高程模型数据、沟道断面数据、流域土地利用类型遥感影像数据和降雨输入数据；

2)采用四边形非结构网格离散山区流域坡面单元，采用一维有限控制体单元离散沟道部分；

3)采用显格式进行坡面二维计算和沟道一维计算，首先确定一维、二维计算采用的时间步长Δt；

4)采用完整二维浅水方程组描述山洪坡面流动，采用Roe格式显式计算网格界面处的数值通量；由t时刻的净雨强度值和t时刻流域坡面水力要素值，计算t时刻二维网格单元普通单元边界面处的数值通量值；

5)采用堰流公式计算二维坡面交互单元边处在t时刻的流量值；

6)采用一维浅水方程组描述沟道山洪运动，采用HLL格式显式计算控制体界面处的数值通量；由t时刻的坡面入流边界条件和t时刻沟道的水力要素值，计算t时刻沟道一维控制体单元界面处的数值通量；

7)根据t时刻二维网格单元普通边界面处的数值通量和t时刻交互单元边处的流量值，计算二维坡面网格单元在t+1时刻的水力要素值；

8)根据t时刻一维控制体单元界面处的数值通量和t时刻交互单元边处的流量值，计算一维控制体单元在t+1时刻的水力要素值；

9)获取t+1时刻的净雨强度值，重复步骤4)～8)，直到计算结束。

2.根据权利要求1所述的山洪数值模拟方法，其特征在于：步骤4)二维浅水方程组中的连续方程为如式(1)：

∂h∂t+∂hu∂x+∂hv∂y=q2r+q2c---(1)]]>

式中：h为水深；u，v分别为x，y方向的流速；q_2r为净雨源项；q_2c为坡面与沟道水流交互源项。

3.根据权利要求1所述的山洪数值模拟方法，其特征在于：步骤5)中采用如式(2)的堰流公式计算二维坡面交互单元边处在t时刻的流量值：

式中，h_上＝max(Z_坡,Z_沟)-Z_连；h_下＝min(Z_坡,Z_沟)-Z_连；q为通过二维单元连接边处的单宽流量；Z_坡为二维连接单元水位，Z_沟为对应的一维沟道单元水位，Z_连为连接边的高程值；g为重力加速度。

4.根据权利要求1所述的山洪数值模拟方法，其特征在于：步骤6)一维浅水方程组中的连续方程为如式(3)：

B∂Z∂t+∂Q∂x=q1r+q1c---(3)]]>

式中：B为断面宽度，Z为水位，Q为流量，q_1r为净雨源项，q_1c为沟道与坡面水流交互源项。