[发明专利]一种基于空间拓扑的地表二维地下管网水动力学耦合方法

说明书

本发明提出了一种基于空间拓扑的地表二维地下管网水动力学耦合方法，包括：输入地表水数据和地下排水系统水流数据，根据所述地表水数据和地下排水系统水流数据建立地表地下连接关系；生成并优化网格单元；分别计算地表径流和排水管网水流；计算地表径流和排水管网水流的交换水量；对计算得到的交换水量进行校核，以实现地表二维地下管网水动力学耦合。本发明实现对被分析区域的非结构网格的剖分，具有多种非结构网格剖分功能，并且可以实现对非结构网格离散任意复杂的几何边界，对边界的交叉处理，优化网格单元。进而，计算出地表径流和排水管网水流的交换量，实现地表洪水模型与地下管网模型的耦合。

技术领域

本发明涉及水动力学分析技术领域，特别涉及一种基于空间拓扑的地表二维地下管网水动力学耦合方法。

背景技术

作为洪水风险图编制的重要工具，洪水分析软件一直是国外商业软件占据主导地位。我国是一个水利大国，在水利领域的很多方面都取得了举世瞩目的成就，但是我们国内并没有形成一个自己的国产洪水分析软件品牌。山洪和城市洪涝目前仍是对人民生命财产威胁巨大的灾害事件，如果涉及自身的洪水分析方法实现对洪水的可靠分析是当前需要解决的技术问题。

虽然，现有技术中公开了基于一维非恒定数值模型的洪水分析方法等方式，但尚未有提出一种针对基于空间拓扑的地表二维地下管网水动力学耦合方法。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种基于空间拓扑的地表二维地下管网水动力学耦合方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种基于空间拓扑的地表二维地下管网水动力学耦合方法，包括如下步骤：

其中，H_surface为地面水头，H_node为排水管道水头，M为流量系数，H_g为地表高程；

步骤S5，对计算得到的交换水量进行校核，以实现地表二维地下管网水动力学耦合。

进一步，在所述步骤S5中，对所述交换水量进行校核，包括：

(1)由于一个网格单元对应多个管网节点，以二维网格单元为单位校核拟交换水量是否超过单元现有总水量，当出现二维网格单元中总水量不够，无法满足当前与众多管网节点计算的交换流量时，需要按比例减少交换水量；

(2)当上一时间步二维网格与管网节点之间水流交换方向为网格单元流入管网节点，而上一步计算完成后，该节点出现溢流，说明上一步交换水量过多，需要当前步中将网格单元的水量增加该溢流值，以满足水量平衡。

进一步，在所述步骤S2中，采用区域分解法生成并优化网格，包括如下步骤：

在待划分区域的边界上生成边界节点，通过连接两个边界节点，将该区域剖分成两个子区域；

在剖分线上增加新的节点，以递归的方式对每个子区域进行剖分，直到所有的子区域不可再分为止，即每个子区域包含六个或四个节点，对于每个包含六节点的子区域采用固定的模板进行闭合处理，生成最后的网格单元。

进一步，在区域分解法中，待划分网格的区域为单连通域，使得该区域和子区域均可采用一个连续的边界节点环来表示，对于内部有孔洞的区域，在网格划分之前，将多连通域转化成单连通域，即需要对内外边界进行合并。

进一步，在区域分解法中，将边界节点向内部偏移预设距离，形成新的边界节点，依次连接外部边界节点和偏置节点生成一层边界单元，使得所述边界单元的形状接近正方形，其中，所述预设距离为边界节点相邻两边长度的平均值。

进一步，在区域分解法中，在生成最后的网格单元之后，采用Laplace光滑算法对最后生成的网格进行光滑处理。