[发明专利]基于分裂算法的湖泊三维水动力-水温-水质模拟预测方法

摘要

本发明公开了一种基于分裂算法的湖泊三维水动力-水温-水质模拟预测方法。构建湖泊三维水动力-水温-水质模型，将湖泊离散成若干网格单元，并对网格采用Arakawa C模式布置变量，基于分裂算法将湖泊三维水动力-水温-水质模型中各算子按照其物理波动过程的波频快慢特性进行分类，对低频慢过程算子采用显式处理，对高频快过程算子采用隐式处理，运用分裂算法分步离散求解模型，得到湖泊水域内不同位置和时间的三维流场、水温和水质指标浓度。本发明提出的基于分裂算法的湖泊三维水动力-水温-水质模拟预测方法能较准确地反映湖泊水体中的动量迁移、热量传递和污染物输移等复杂的物理过程，具有计算稳定性好、计算精度和计算效率高的特点。

主权项

一种基于分裂算法的湖泊三维水动力‑水温‑水质模拟预测方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)构建湖泊三维水动力‑水温‑水质模型，模型由湖泊水动力控制方程组、水温控制方程和水质控制方程组成，将湖泊计算域离散成若干网格单元，并对网格采用Arakawa C模式布置变量，采用分裂算法首先将湖泊三维水动力‑水温‑水质模型中的水动力控制方程组的各算子按照其物理波动过程的波频快慢特性进行分类，对低频慢过程算子采用显式处理，对高频快过程算子采用隐式处理，通过分裂算法分步离散并求解水动力控制方程组，得到湖泊水域内不同位置和时间的三维流场u、v、w及其水深H，其中u、v、w分别表示x、y、z方向的流速；(2)通过步骤(1)求得湖泊三维流场u、v、w和水深H等水动力参数的基础上，采用分裂算法分别将水温控制方程和水质控制方程中的算子分为低频慢过程算子和高频快过程算子两类，对其中的低频慢过程算子采用显式处理，对高频快过程算子采用隐式处理，通过分裂算法分步离散并求解水温控制方程和水质控制方程，得到湖泊水域内不同位置和时间的水温T和水质指标浓度C。