[发明专利]一种基于Godunov格式一、二维耦合技术的山洪数值模拟方法

摘要

本发明提供了一种基于Godunov格式一维、二维耦合技术的山洪数值模拟方法。采集相应数据后，首先采用四边形非结构网格离散山丘区小流域坡面，采用完整二维浅水方程来描述山洪坡面流运动过程，降雨过程作为二维模型的驱动项，采用Roe格式计算网格界面处的数值通量；采用一维有限体积单元离散山洪沟道，采用HLL格式计算单元界面处的数值通量，二维坡面的入流在一维中作集中入流处理；采用堰流公式实现二维坡面和一维沟道的水量交换计算。本发明提供的方法，不仅能够获得沟道内山洪的水力信息，而且能够获得流域面上山洪的详细水力信息；该方法具有清晰的物理机制，整个模型仅有糙率参数需要率定，在水文资料匮乏的地区依然适用。

主权项

一种基于Godunov格式一、二维耦合技术的山洪数值模拟方法，其特征在于：该方法采用水动力学方法来模拟山洪过程，包括以下步骤：1)获取流域的数字高程模型数据、沟道断面数据、流域土地利用类型遥感影像数据和降雨输入数据；2)采用四边形非结构网格离散山区流域坡面单元，采用一维有限控制体单元离散沟道部分；3)采用显格式进行坡面二维计算和沟道一维计算，首先确定一维、二维计算采用的时间步长Δt；4)采用完整二维浅水方程组描述山洪坡面流动，采用Roe格式显式计算网格界面处的数值通量；由t时刻的净雨强度值和t时刻流域坡面水力要素值，计算t时刻二维网格单元普通单元边界面处的数值通量值；5)采用堰流公式计算二维坡面交互单元边处在t时刻的流量值；6)采用一维浅水方程组描述沟道山洪运动，采用HLL格式显式计算控制体界面处的数值通量；由t时刻的坡面入流边界条件和t时刻沟道的水力要素值，计算t时刻沟道一维控制体单元界面处的数值通量；7)根据t时刻二维网格单元普通边界面处的数值通量和t时刻交互单元边处的流量值，计算二维坡面网格单元在t+1时刻的水力要素值；8)根据t时刻一维控制体单元界面处的数值通量和t时刻交互单元边处的流量值，计算一维控制体单元在t+1时刻的水力要素值；9)获取t+1时刻的净雨强度值，重复步骤4)～8)，直到计算结束。