一种基于水动力数值模拟的感潮河网潮位预报方法与流程

技术特征：

1.一种基于水动力数值模拟的感潮河网潮位预报方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1、根据预报位置选择合适的研究范围，确定河口下边界及上游控制站点与边界；

步骤S2、对研究范围内河道进行断面剖分和地形插值；

步骤S3、建立上游控制站至下游河口边界之间的网河区的一维非恒定流水动力数学模型；

步骤S4、采用实测水文数据对一维非恒定流水动力数学模型进行率定和验证；

步骤S5、根据河口控制站点调和参数进行潮位过程预报计算：

步骤S6、根据实测数据对河口潮位边界进行校正；

步骤S7、采用加权移动平均方法推求上游控制站点流量过程；

步骤S8、根据实时实测数据对上游流量边界进行校正；

步骤S9、输入预报上游边界流量和下游河口边界潮位过程，进行网河区的一维非恒定流水动力数学模型计算，求得网河区内各断面预潮位过程。

2.根据权利要求1所述的一种基于水动力数值模拟的感潮河网潮位预报方法，其特征在于，

所述步骤S3、建立上游控制站至下游河口边界之间的网河区的一维非恒定流水动力数学模型具体过程如下：

步骤S31、采用圣维南方程组作为一维潮流数学模型，方程如下：

连续方程：

动量方程：

将相关支流汇入或流出点作为网河区汊点，汊口点水流按以下连接条件控制：

流量连接条件：

水位连接条件：Z_i,j＝Z_m,n＝……＝Z_l,k；

式中，Z为断面平均水位；Q，A，R分别为断面流量、过水面积、水力半径；B为水面宽度；X,T为距离和时间；G为重力加速度；谢才系数C＝R^1/6/n，n为糙率；

步骤S32、采用四点加权Preissmann固定网格隐式差分格式将方程离散，采用一维河网三级联解算法求解方程，具体求解方法为：进行网格划分，以S代表流量Q和水位Z，则S在Δx河段、Δt时段内的加权平均量及相应偏导数可分别表示为：

$\left\{\begin{array}{c}\frac{\∂S}{\∂t}=\frac{S_{i+1}^{n+1}+S_i^{n+1}-S_{i+1}^n-S_i^n}{2\mathrm{\Δ}t}\\ \frac{\∂S}{\∂x}=\mathrm{\θ}\frac{S_{i+1}^{n+1}+S_i^{n+1}}{{\mathrm{\Δx}}_i}+(1-\mathrm{\θ})\frac{S_{i+1}^n-S_i^n}{{\mathrm{\Δx}}_i}\\ S=\frac{1}{4}(S_{i+1}^{n+1}+S_i^{n+1}+S_{i+1}^n+S_i^n)\end{array}\right.$

式中：θ为加权系数，θ取值区间为0.5～1.0。

3.根据权利要求1所述的一种基于水动力数值模拟的感潮河网潮位预报方法，其特征在于，

所述步骤S5、根据河口控制站点调和参数进行潮位过程预报计算具体过程如下：

步骤S51、有分潮参数的直接根据预报时间计算潮位过程；

步骤S52、无分潮参数，但有长于一年的实测历史数据的，调和分析各分潮参数，然后重复步骤S51；

步骤S53、分潮参数和历史数据均无则参考临近站点简化处理。

4.根据权利要求3所述的一种基于水动力数值模拟的感潮河网潮位预报方法，其特征在于，

所述步骤S51、有分潮参数的直接根据预报时间计算潮位过程的具体计算公式如下：

$z_{pree}^t=A_0+\underset{i=1}{\overset{N}{\Σ}}{f}_i{H}_{i}cos\[{\mathrm{\σ}}_i+{(v0+u)}_i-g_i\]$

式中：为t时刻的潮位预报值，m；A₀为从某基准面算起的平均海平面高度，m；f_i为第i个分潮的交点因子；H_i为第i个分潮的振幅，m；σ_i为分潮角速度；(v0+u)_i为分潮的天文初相角；g_i为分潮迟角；i为分潮编号；N为分潮总数；H_i、g_i亦称为调和常数。

5.根据权利要求1所述的一种基于水动力数值模拟的感潮河网潮位预报方法，其特征在于，

所述步骤S6、根据实测数据对河口潮位边界进行修正具体过程如下：

步骤S61、在[t0-26,t0]范围内搜索判别出高高潮位Z_H^PRE、低低潮位Z_L^PRE，计算潮幅Z_AM^PRE，Z_AM^PRE＝(Z_H^PRE+Z_L^PRE)；

步骤S62、同样在[t0-26,t0]范围内搜索出实测潮位过程中的高高潮位Z_H^MESU、低低潮位Z_L^MESU，计算潮幅Z_AM^MESU，Z_AM^MESU＝(Z_H^MESU+Z_L^MESU)；

步骤S63、根据步骤S61及步骤S62结果对预报潮位中轴线进行调整，使得Z_AM^PRE＝Z_AM^MESU；

步骤S64、计算中轴线偏移量DIF_Z_ZERO，DIF_Z_ZERO＝(Z_AM^PRE-Z_AM^MESU)/2.0；

步骤S65、对于预报潮位过程值Z^PRE逐一进行中轴线偏移校正，

Z^PRE＝Z^PRE-DIF_Z_ZERO；

步骤S66、计算潮幅偏差DIF_Z_AM，DIF_Z_AM＝Z_AM^PRE/Z_AM^MESU。

6.根据权利要求1所述的一种基于水动力数值模拟的感潮河网潮位预报方法，其特征在于，

所述步骤S7中加权移动平均方法的公式如下：

$Q_{pree}^t=Q_A^t*2+Q_{pree}^{t-1}$

式中：为t时刻预报流量，m³/s；为第t时刻的流量趋势率的修正量，m³/s；为第t-1时刻的预报流量，m³/s。

7.根据权利要求6所述的一种基于水动力数值模拟的感潮河网潮位预报方法，其特征在于，

所述流量趋势率的修正量的求解步骤如下：

步骤S71、对于每一段预报期(t0～tn)内的首、末趋势率：式中：分别为预报期内首时刻t0、末时刻tn对应流量趋势率；Q_T0-1和Q_T0-2分别为预报前1、前2小时的实测流量；

步骤S72、按线性插值法计算每一段预报期内首末时刻以外其它各时刻趋势率，

式中：为预报期内首末时刻以外其它各时刻趋势率；T为预报期总时长。