[发明专利]一种二维水动力水质模型构建方法

权利要求书

1.一种二维水动力水质模型构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、生成覆盖计算域的若干叶网格，根据叶网格的初始划分水平将其划分为若干个子网格；其中初始划分水平为最大划分水平，叶网格为最大网格单元；

S2、通过OpenMP建立并行模型，根据生成的叶网格和子网格在建立的并行模型中生成水动力水质模型自适应网格，得到二维水动力水质模型；

S2-1、采用！$OMP PARALLE和！$OMP END PARALLE作为开启和关闭并行环境的指令对，设置并行模型中用于计算的线程数，采用！$OMP DO和！$OMP END DO指令对开启循环并行，设置共享变量和私有变量，建立并行模型；

S2-2、在建立的并行模型中，获取子网格的地形坡度、目标区域边界种子点和子网格中心的相对位置关系；

S2-3、根据子网格的地形坡度和目标区域边界种子点和子网格中心的相对位置关系选取叶网格，将选取出的叶网格的划分水平调整为最低划分水平；

S2-4、获取不为最大划分水平的叶网格中子网格的水位梯度和污染物浓度梯度；

S2-5、根据水位梯度、污染物浓度梯度和干湿边界再次调整对应叶网格的划分水平，得到重新划分后的若干子网格；

S2-6、判断每个叶网格中子网格的大小是否为与其相邻叶网格中子网格大小的2倍、1倍或1/2倍，若是则进入步骤S2-7；否则进入步骤S2-8；

S2-7、将当前在并行模型中生成的网格作为二维水动力水质模型，判断是否继续生成网格，若是则进入步骤S3，否则结束生成网格，得到当前时刻下的二维水动力水质模型；

S2-8、将不满足倍数关系的相邻叶网格的划分水平增加一级后重新划分子网格，返回步骤S2-6；

S3、更新二维水动力水质模型中自适应网格处的状态变量，返回步骤S2-4；

所述步骤S2-2中获取子网格的地形坡度的具体方法为：

根据公式

获取子网格(i,j,is,is)的地形坡度gradz_b(i,j,is,is)；其中z_b(i,j,is,js)为子网格(i,j,is,is)的中心高程；z_b-east、z_b-west、z_b-north和z_b-south分别为子网格(i,j,is,is)在东边、西边、北边和南边四个方向的邻居网格的中心高程；Δx为子网格(i,j,is,is)在x轴方向的长度，Δx＝Δx₀/Ms，Δx₀为子网格(i,j,is,is)所在第i行第j列的叶网格(i,j)在x轴方向的长度，Ms为叶网格(i,j)在x轴方向的最大划分水平；Δy为子网格(i,j,is,is)在y轴方向的长度，Δy＝Δy₀/Ns，Δy₀为子网格(i,j,is,is)所在叶网格(i,j)在y轴方向的长度，Ns为叶网格(i,j)在y轴方向的最大划分水平；和为中间参数；

所述步骤S2-4的具体方法包括以下子步骤：

S2-4-1、对于任一子网格，判断子网格的水深是否小于预设的最小水深，若是则将该子网格作为干网格，将干网格的水位梯度和污染物浓度均置为0，进入步骤S2-4-7；否则进入步骤S2-4-2；

S2-4-2、获取该子网格的网格中心p，获取该子网格东边、西边、北边和南边四个方向的邻居叶网格；

S2-4-3、判断该子网格所在叶网格的划分水平是否与邻居叶网格的划分水平相同，若是则将该邻居叶网格的水位和污染物守恒浓度作为该子网格在该方向的水位和污染物守恒浓度，进入步骤S2-4-7；否则进入步骤S2-4-4；

S2-4-4、判断该子网格所在叶网格的划分水平是否比邻居叶网格的划分水平小一级，若是则将该邻居叶网格中所有子网格的水位和污染物守恒浓度的平均值作为该子网格在该方向的水位和污染物守恒浓度，进入步骤S2-4-7；否则进入步骤S2-4-5；

S2-4-5、将该子网格的相邻叶网格作为第一网格，将与第一网格相邻并与该子网格共顶点的叶网格作为第二网格；判断该子网格所在叶网格的划分水平是否比第一网格的划分水平大一级，且第二网格的划分水平是否比第一网格的划分水平大一级，若均是则分别根据公式

获取该子网格在该方向的水位η(in)和污染物守恒浓度qc(in)，进入步骤S2-4-7；否则进入步骤S2-4-6；其中η(p)表示该子网格的网格中心p处的水位；η(1)为第一网格的网格中心处的水位；η(2)为第二网格中与该子网格最近的子网格中心处的水位；qc(p)是第一网格的网格中心处的污染物守恒浓度；qc(1)为第一网格的网格中心处的污染物守恒浓度；qc(2)为第二网格中与该子网格最近的子网格中心处的污染物守恒浓度；

S2-4-6、分别根据公式

获取该子网格在该方向的水位η(in)和污染物守恒浓度qc(in)，进入步骤S2-4-7；其中η(p)为该子网格的网格中心p处的水位；η(1)为第一网格的网格中心处的水位；η(2)为第二网格中与该子网格最近的子网格中心处的水位，即第二网格中心处的水位；qc(p)是第一网格的网格中心处的污染物守恒浓度；qc(1)为第一网格的网格中心处的污染物守恒浓度；qc(2)为第二网格中与该子网格最近的子网格中心处的污染物守恒浓度，即第二网格中心处的污染物守恒浓度；

S2-4-7、根据公式

获取最低划分水平的叶网格中子网格的水位梯度gradη(i,j,is,js)和污染物浓度梯度gradqc(i,j,is,js)；其中η(i,j,is,js)为子网格(i,j,is,js)的高程；η_east、η_west、η_north和η_south分别为子网格(i,j,is,js)东边、西边、北边和南边四个方向的水位；qc(i,j,is,js)为子网格(i,j,is,js)的污染物浓度；qc_east、qc_west、qc_north和qc_south分别为子网格(i,j,is,js)东边、西边、北边和南边四个方向的污染物守恒浓度；

所述步骤S2-5的具体方法包括以下子步骤：

S2-5-1、根据公式

gradΦ(i,j,is,js)＝max(gradη(i,j,is,js),gradqc(i,j,is,js))

获取参数gradΦ(i,j,is,js)的值；其中max(·)为最大值选取函数；

S2-5-2、判断该子网格(i,j,is,js)是否位于干湿边界处，若是则进入步骤S2-5-3；否则进入步骤S2-5-4；

S2-5-3、判断该子网格所在叶网格的划分水平是否为最大划分水平，若是则维持为最大划分水平，否则将该子网格所在叶网格的划分水平增加一级，得到重新划分后的若干子网格，进入步骤S2- 6；

S2-5-4、判断是否存在gradΦ(i,j,is,js)大于阈值，若是则进入步骤S2-5-3；否则进入步骤S2- 5-5；

S2-5-5、将该子网格所在叶网格的划分水平降低一级，得到重新划分后的若干子网格，进入步骤S2-6。