基于五维数据集的非恒定流数值模型的洪水淹没分析方法

技术领域

本发明涉及一种基于五维数据集的非恒定流数值模型的洪水淹没分析方法。适用于水文学以及海绵城市研究领域。

背景技术

新型城市雨洪模型是水文水动力领域最热点的研究对象，对于模拟城市下垫面洪水淹没情况的同时对整个淹没过程中的多个物理变量(淹没时间、淹没范围、淹没强度、淹没水深分布等)的时间变化和空间分布需要采用特殊的数据集合进行高效率计算，因此对于常见的水文模拟软件很难同时处理不同的变量。往往需要进行重复模拟，以得到不同变量的时空分布情况，重复操作多，往往无法达到最优的计算效率。

专利申请号为CN201510092899.9的中国专利“基于遥感的洪水淹没历时模拟系统及方法”，提供了一种基于遥感影像分析的洪水淹没历时模拟，但是由于该方法只提供了时间和水位变量，缺乏多变量时空分布参数关系同时计算和表达，模拟效率不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于五维数据集的非恒定流数值模型的洪水淹没分析方法，以高效、快速的得到洪水淹没不同变量的时空分布。

本发明所采用的技术方案是：一种基于五维数据集的非恒定流数值模型的洪水淹没分析方法，其特征在于：

S1、确定模拟区域；

S2、将模拟区域数据化；

S3、根据数据化的模拟区域，构建非恒定流数值模型，输出五维数据集；

S4、通过历史洪水数据对基于五维数据集的非恒定流数值模型进行验证及参数修正；

S5、根据设定的基本参数，通过经验证及参数修正的非恒定流数值模型，得到洪水淹没分析结果；

S6、基于洪水淹没分析结果进行图形展示。

步骤S2包括：获取模拟区域的水文水文、水质、地形、河道信息，并将其数据化。

所述五维数据集包括三维空间维度、时间维度和物理量维度的所有数据。

所述基本参数包括计算时间、边界条件、计算模块。

所述洪水淹没分析结果包括水位、流量、流速、水深。

所述图形展示包括过程线、流场图及区域动态演示。

本发明的有益效果是：本发明基于五维数据集进行洪水淹没分析，可高效、快速的得到洪水淹没不同变量的时空分布。

附图说明

图1为实施例中五维数据集的设置图。

图2为实施例的流程图。

图3为实施例中步骤S1的计算区域确定界面。

图4、图5为实施例中步骤S2的网格图和地形图。

图6、图7为实施例中步骤S3的计算过程界面和结果保存格式界面。

图8、图9、图10为实施例中步骤S4的水位验证过程界面和计算参数输入界面。

图11、图12为实施例中步骤S6的淹没区域图和水质分布图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例为洪水淹没分析中数据集的设置，五维数据集用于描述物理过程的多个物理变量的空间分布和时间变化。其中与四维数据集的不同之处是内含多个物理变量，因此五维数据的表达除了四维数据表达方法外，还需要表达物理变量之间的关系。如所有时间步的整个模拟区域的盐度场，而此时由于采用相对分层，各垂向层面的实际深度还与水位场有关，这样就可以快速正确地演示盐度场与水位场的叠加。

如图2所示，基于五维数据集的非恒定流数值模型的洪水淹没模型的构建方法如下：

前处理，包括水文、水质、地形、河道信息等资料收集；

模型建模，包括确定区域、维度和网格划分；

模型计算，包括计算基本参数的设定，如计算时间、边界条件、计算模块以及计算参数等；

结果输出，包括水位、流速、水深、数值等

图形展示，包括过程线、流场图以及区域动态演示。

本实施例以一段弯道河道为分析对象，基于五维数据集的非恒定流数值模型的洪水淹没分析方法具体包括以下步骤：

S1、在河道地图上将一段弯道河道的区域框选确定模拟区域，(见图3)；

S2、将模拟区域数据化：获取模拟区域的洪水淹没分析相关资料，包括水文、水质、地形、河道信息等资料，并将上述资料数据化(见图4、图5)；

S3、根据数据化的模拟区域，构建非恒定流数值模型，输出五维数据集(见图6、图7)；

以水质方程为例，可输出(x,y,z,t,φ)，具体方程如下：

其中

S4、通过历史洪水数据对基于五维数据集的非恒定流数值模型进行验证及参数修正(见图8、9、10)；

S5、根据设定的基本参数，通过经验证及参数修正的非恒定流数值模型，同S3计算过程，得到洪水淹没分析结果；基本参数包括计算时间、边界条件、计算模块以及计算参数等；洪水淹没分析结果包括水位、流量、流速、水深等；

S6、基于洪水淹没分析结果进行图形展示，图形展示包括过程线、流场图以及区域动态演示(见图11、12)。