[发明专利]一种运动波与动力波相结合的山区洪水过程数值模拟方法

权利要求书

1.一种运动波与动力波相结合的山区洪水过程数值模拟方法，其特征在于：采集山区流域地形数据、土地利用类型数据和降雨过程数据，且包括以下具体步骤：

（1）网格离散及常规参数赋值：采用三角形非结构网格离散山区流域；采用地形数据对网格节点和网格型心进行高程插值，获取网格节点和网格型心处的高程数据；给每个网格设置糙率和初始条件；

（2）求解器属性赋值：对每个网格进行求解器属性赋值，赋值“0”代表该网格将采用运动波方程求解；赋值“1”代表该网格将采用动力波方程求解；

（3）确定时间步长：整套离散方法采用显格式进行，在计算中不同属性网格计算时采用统一的时间步长；

（4）水力要素求解：水力要素变量定义在网格单元型心，整套离散方法采用基于非结构网格Godunov格式有限体积法进行；运动波和动力波连续方程一致，均采用Roe格式求解，即由t时刻的净雨强度值和网格单元的水力要素值计算t时刻网格单元降雨源项值和界面处的流量通量值，单元流量通量和源项求和后求出t+1时刻网格单元的水深h值；当网格属性为“0”时，求解运动波动量方程直接给出t+1时刻x，y方向守恒变量hu和hv值，当网格属性为“1”时，动量方程为动力波形式，由t时刻网格单元的水力要素值计算t时刻单元界面处的动量数值通量，求解地形源项和摩阻源项，单元三条边动量通量和源项求和后求出t+1时刻x，y方向的守恒变量hu和hv的值；各网格单元t+1时刻的hu和hv值除以t+1时刻水深h值，得到t+1时刻x，y方向的流速分量u，v值；

（5）获取t+1时刻的净雨强度值，重复步骤（3）~（4），直至计算结束。

2.根据权利要求1所述的一种运动波与动力波相结合的山区洪水过程数值模拟方法，其特征在于：步骤（2）中在有回水影响的区域、流态复杂的区域以及地势平缓区域，网格单元的求解器属性赋值为“1”，采用动力波控制方程求解，其它区域赋值为“0”，采用运动波控制方程求解。

3.根据权利要求1所述的一种运动波与动力波相结合的山区洪水过程数值模拟方法，其特征在于：步骤（4）底坡项处理采用单元三个节点的高程值来直接求解单元坡度值；界面通量计算时直接采用单元中心处的水力要素值；摩阻项进行半隐式处理。

4.根据权利要求1所述的一种运动波与动力波相结合的山区洪水过程数值模拟方法，其特征在于：步骤（4）运动波和动力波方程的离散求解是统一在基于非结构有限体积方法框架下完成的。

5.根据权利要求4所述的一种运动波与动力波相结合的山区洪水过程数值模拟方法，其特征在于：基于非结构有限体积方法的统一框架，运动波方程和动力波方程均采用守恒形式，其中运动波及动力波的连续方程及其求解一致，仅根据求解器属性值不同，选择不同的动量方程，采用的连续方程如式（1）：

（1）

式（1）中，为水深，，分别为，方向的流速，为净雨源项；采用Roe格式求解方法求解该连续方程；

运动波动量方程以守恒变量的形式表述：

（2）

（3）

式（2）、（3）中 h为水深，u，v分别为x，y方向的流速，和分别为三角单元在x，y方向的坡度，n为曼宁糙率系数。