一种宽度平均立面二维模型的地形修正方法与流程

本发明属于工程领域，特别涉及一种宽度平均立面二维模型的地形修正方法。

背景技术：

宽度平均立面二维模型是指计算网格带有宽度属性的立面二维模型，多用于水库等深窄型水体的水动力学、水质、的数值模拟计算，通常宽度平均立面二维水库模型的网格，在尺寸上具有高度和宽度两个属性。其中高度属性由用户给定，范围多为1m～5m。宽度属性则由地形计算得出。

对于常规的宽度平均立面二维水库模型，在根据地形建模时，多根据大断面数据直接换算各高程对应的网格宽度。即沿垂直于水流方向的平面剖切地形，得到与地形形态相对应的大断面数据。而后根据垂向网格划分和大断面数据，计算该断面各高程的断面宽度，作为沿垂向各网格的宽度。

在宽度平均立面二维水库模型内，水库水流沿水平方向的投影垂直于断面网格。而在库区，水流沿河道走向流动，用垂直于河道走向的平面剖切地形，得到计算网格并进行计算不会造成明显的计算误差。但是在近坝区，水流受电站进水口取水的影响，不再沿河道走向流动，三维效应明显，依然用平面来直接剖切近坝区地形，而后根据得到的断面形态确定近坝区的网格尺寸将导致较大的计算误差。

技术实现要素：

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种宽度平均立面二维模型的近坝区地形修正方法，针对近坝区水流的三维特征，根据水流流向计算各高程的过水通道宽度，并将该宽度赋值于对应高程网格，保证宽度平均立面二维模型在该处的水流过流通道接近实际情况，提高模型计算精度。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种宽度平均立面二维模型的地形修正方法，其特点是包括以下步骤：

步骤1，对于拟设置网格的断面，在断面处垂直于沿河道走向做剖面，若该剖面左岸或右岸剖切到的高程最高的等高线低于模型计算时可能出现的最高水位，则判定该断面可能需进行地形修正，进入步骤2；

步骤2，若剖面在左、右岸剖切到的山脊线不存在，则无需进行地形修正并结束；

若剖面在左、右岸剖切到的山脊线存在，则找到剖面在左、右岸剖切到的山脊线，以左岸山脊线与剖面的交点作为左岸分界点；以右岸山脊线与剖面的交点作为右岸分界点；左、右岸分界点高程以下，断面地形为剖面与地形曲面的交线；分界点上，断面地形为山脊线；由此确定出的断面地形曲线，为一条三维曲线；

步骤3，根据步骤2确定的断面地形，找到该断面地形最低点作为左右岸的划分点；该划分点左侧为左侧地形线，右侧为右侧地形线；对于一个高于断面地形最低点的高程值z，在断面高度范围内，左侧地形线和右侧地形线各有一个与该高程值对应的节点；

步骤4，根据步骤3的结果，计算该断面垂向各网格中心高程的过流宽度，其值为该高程在左侧地形线和右侧地形线对应的节点沿断面地形在垂向投影线的长度。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

通过宽度平均立面二维模型内，水流流速在水平方向的投影垂直于断面的特性，提出了断面地形的修正方法，该方法可根据水流方向计算出以水流走向为法线的平面所剖切出的非平面断面，还原了水流、地形和网格三者之间的关系，让立面二维模型内水流流向与地形的关系尽量接近真实场景，有效降低了由于断面剖切带来的计算误差，提高了模型精度。

附图说明

图1是发明的方法流程示意图。

图2是断面划分示意图。

图3是地形曲线示意图。

图4是地形曲线大断面数据曲线。

图5是地形曲线垂向投影示意图。

图6是网格中心高程与网格宽度的关系曲线。

其中，

1——等高线

2——左岸山脊线

3——断面剖面

4——电站进水口

5——分界点

6——断面最低点

7——断面曲线

具体实施方式

本发明的计算流程如图1所示。白莲崖水库正常蓄水位208m，模拟时最高水位不超过正常蓄水位，模拟所用网格垂向间隔为10m。以白莲崖电站取水口上游侧断面为例，介绍本发明的实施方法，实施步骤如下：

步骤1，如图2所示，在电站上游侧做剖面。

步骤2，该水库模拟时最高水位为208m，步骤1所做剖面在右岸剖面剖切到的最高等高线高程为220m，大于208m，在左岸剖切到的最高的等高线为175m，低于208m，因此该断面左岸可能需进行地形修正，进入步骤3。

步骤3，绘制左岸地形山脊线，找到山脊线与剖面的交点，作为左岸分界点。合并分界点至208m高程的山脊线，以及分界点以右的，由步骤1剖切所得的地形线，即为该断面修正后的地形曲线(图3)，该地形曲线的大断面数据见图4。

步骤4，如图5所示，找到该地形曲线最低点，将地形线分为左侧地形线和右侧地形线，在左侧和右侧地形线分别找到各网格中心高程的对应节点。

步骤5，计算各网格中心高程在左岸节点沿网格地形线沿垂向投影线至左岸节点的长度，即为该网格的过流宽度，该步骤计算结果见图6。

上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种宽度平均立面二维模型的地形修正方法，包括：步骤1，对于拟设置网格的断面，垂直于沿河道走向做剖面，若该剖面左岸或右岸剖切到的高程最高的等高线低于模型计算时可能出现的最高水位，则进入步骤2；步骤2，以左岸山脊线与剖面的交点为左岸分界点；以右岸山脊线与剖面的交点为右岸分界点；左、右岸分界点高程以下，断面地形为剖面与地形曲面的交线；分界点上，断面地形为山脊线；步骤3，找到断面地形最低点作为划分点，其左侧为左侧地形线，右侧为右侧地形线；步骤4，计算断面垂向各网格中心高程的过流宽度。本发明还原了水流、地形和网格三者之间的关系，让立面二维模型内水流流向与地形的关系接近真实场景，模型精度高。

技术研发人员：潘江洋;黄膺翰;王泽;李翔;颜剑波;戴向荣
受保护的技术使用者：中国电建集团中南勘测设计研究院有限公司
技术研发日：2019.03.12
技术公布日：2019.06.21