[发明专利]一种基于数字孪生的长河段滩槽演变预测方法及系统

权利要求书

1.一种基于数字孪生的长河段滩槽演变预测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

构建长河段的二维水沙数学模型和长河段内的局部桥区的局部正态物理模型；

根据第i年的年初的水文数据，采用离散方法求解所述二维水沙数学模型，获得第i年年末的水流运动数据和河床冲淤厚度数据，所述水流运动数据包括x方向流速、y方向流速、悬移质含沙量和水位；

基于所述第i年年末的水流运动数据，采用局部正态物理模型进行局部模拟实验，获得第i年的局部桥区的模拟形变量；

利用第i年的局部桥区的模拟形变量替换河床冲淤厚度数据中的局部桥区的河床冲淤厚度，得到第i年年末的替换后的河床冲淤厚度数据；

将第i年年末的水流运动数据和第i年年末的替换后的河床冲淤厚度数据，作为第i+1年年初的水文数据，令i的数值增加1，返回步骤“根据第i年的年初的水文数据，采用离散方法求解所述二维水沙数学模型，获得第i年年末的水流运动数据和河床冲淤厚度数据”，直到到达预测年份。

2.根据权利要求1所述的基于数字孪生的长河段滩槽演变预测方法，其特征在于，所述离散方法包括有限体积法、有限差分法和/或有限元法。

3.根据权利要求1所述的基于数字孪生的长河段滩槽演变预测方法，其特征在于，所述二维水沙数学模型包括：

水流连续方程：

X方向和Y方向水流运动方程：

悬沙不平衡输运方程：

推移质不平衡输移方程：

其中，ζ为水位，t为时间，h为静水深，u、v为流速矢量沿X、Y方向的分量，g为重力加速度，ν_e为水流紊动黏性系数，c为谢才系数，f为科氏参量，ω为地球自转角速度，为地理纬度，ρ为水密度；S_i为单位水体垂线平均含沙量，s＝ρ_sc，c为单位水体体积浓度，ρ_s为含沙密度；ν_t和σ_S分别为第一Schmidt数和第二Schmidt数；ω_S为泥沙沉速，下标i表示第i组泥沙，Φ_s为泥沙扩散通量，N_i、分别为推移质输沙量和推移质输沙能力折算成相应水深的泥沙浓度，β_i为推移质泥沙恢复饱和系数，ω_si为第i组泥沙的沉速，H为水深，H＝h+ζ。

4.根据权利要求3所述的基于数字孪生的长河段滩槽演变预测方法，其特征在于，所述二维水沙数学模型的边界条件包括：

上游进口条件：

下游出口条件：ζ_j2＝ζ_out；

固壁条件：U_j3＝V_j3＝0，

收敛控制条件：

其中，Q_in(t)表示上游来流量，ξ为水位，U_j1和V_j1分别表示上游进口控制点j1在x方向和y方向的速度，h_j1表示上游进口控制点j1处的静水深，dy_j1为离散网格间距，α_j1为动能修正系数，ζ_j2为下手出口控制点j2的水位，ζ_out表示给定出口水位，U_j3和V_j3分别表示固壁的控制点j3在x方向和y方向的速度，S_j3为固壁的控制点j3处的含沙量，N_j3为固壁的控制点j3处的底沙，为梯度值，b_max为最大质量源，Q_j表示控制点j的断面流量，表示第n次迭代运算时控制点j和控制点j’之间的x方向的速度差，表示第n次迭代运算时控制点j和控制点j’之间的水位差，表示第n+1次迭代运算时控制点j和控制点j’之间的x方向的速度差，表示第n+1次迭代运算时控制点j和控制点j’之间的水位差。