一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法及系统

摘要

本发明公开了一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法及系统，属于水库调洪技术领域。现有的溃决洪水分析方案，没有涉及如何得到洪水演进分析模块的模型参数，影响溃决洪水的准确仿真。本发明的一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法，通过构建地形概化模型、水库调洪模型、水库参数率定模型、溃坝耦合仿真模型，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真，从而有效提高溃坝洪水仿真方案的准确性，便于用户对溃坝洪水进行准确仿真，利于溃坝洪水仿真方案的推广使用。并且本发明能实现水库调洪模型的模型参数率定，并可以根据水库的不同以及水库概化地形信息的不同，得到不同的模型参数，从而可以有效减少溃坝仿真方案的计算误差。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法及系统，属于水库调洪技术领域。

背景技术

中国专利（CN110219277B）公开了一种坝系溃决洪水分析系统，包括：坝系的拓扑分析模块、数据收集模块、单个水坝的分析模块、洪水演进分析模块和预测模块；所述坝系的拓扑分析模块用于确定坝系中水坝的分级；所述数据收集模块用于收集坝系中水坝的信息；所述单个水坝的分析模块，用于建立水坝的水位模型，根据水坝的水位模型及坝体的建筑参数数据确定水坝的溃漫状态模型；所述洪水演进分析模块，用于分析洪水从低分级水坝流向高分级水坝的过程，根据低分级水坝的出流量计算其下游高分级水坝的入流量；所述预测模块，用于预测洪水在演进过程中，若水坝溃决，预测是否会造成下游水坝的溃决以及预测下游溃决水坝的溃决时间、溃决洪水的洪峰流量。

但上述溃决洪水分析方案，通过设置洪水演进分析模块计算下游高分级水坝的入流量，但没有涉及如何得到洪水演进分析模块的模型参数，更没有公开如何对模型参数进行率定，导致溃决洪水分析方案可能会存在较大误差，进而用户无法对溃决洪水进行准确仿真，不利于溃决洪水仿真方案的推广使用。

发明内容

针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的一在于提供一种通过构建地形概化模型、水库调洪模型、水库参数率定模型、溃坝耦合仿真模型，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真，从而有效提高溃坝洪水仿真方案的准确性，便于用户对溃坝洪水进行准确仿真，利于溃坝洪水仿真方案推广使用的基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法。

针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的二在于提供一种通过设置地形概化模块、水库仿真模块、水库调洪模块、水库参数率定模块、溃坝耦合仿真模块，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真，从而有效减少溃坝仿真方案的计算误差，提高溃坝洪水仿真方案的准确性，便于用户对溃坝洪水进行准确仿真的基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真系统。

针对上述问题或上述问题之一，本发明的目的三在于提供一种可以实现水库调洪模型的模型参数率定，并可以根据水库的不同以及水库概化地形信息的不同，得到不同的模型参数，从而可以有效减少溃坝仿真方案的计算误差，方案简单，实用的一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法及系统。

为实现上述目的之一，本发明的第一种技术方案为：

一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法，包括以下内容：

获取待溃坝仿真的某水库参数；

利用预先构建的地形概化模型，对水库参数进行处理，获得水库概化地形信息；

基于预先构建的水库调洪模型，并根据水库调度原则以及初始糙率，对水库概化地形信息进行调洪计算，得到调洪仿真结果；

利用预先构建的水库参数率定模型，并根据调洪仿真结果和水库调洪历史数据，对水库调洪模型的模型参数进行率定，得到水库调洪模型的最优模型参数；

根据最优模型参数，水库调洪模型以溃坝洪水带来的入库流量过程线作为边界条件，进行调洪演算，获得水库总出库流量过程线；

利用预先构建的溃坝耦合仿真模型，并根据水库总出库流量过程线，进行二维连续溃坝水动力耦合仿真，得到溃坝仿真结果，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真。

本发明经过不断探索以及试验，通过构建地形概化模型、水库调洪模型、水库参数率定模型、溃坝耦合仿真模型，对水库参数进行处理，获得水库概化地形信息；并根据水库调度原则以及初始糙率，对水库概化地形信息进行调洪计算，得到调洪仿真结果；再根据调洪仿真结果和水库调洪历史数据，对水库调洪模型的模型参数进行率定，得到水库调洪模型的最优模型参数；根据最优模型参数，以溃坝洪水带来的入库流量过程线作为边界条件，进行调洪演算，获得水库总出库流量过程线；然后根据水库总出库流量过程线，进行二维连续溃坝水动力耦合仿真，得到溃坝仿真结果，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真，从而有效提高溃坝洪水仿真方案的准确性，便于用户对溃坝洪水进行准确仿真，利于溃坝洪水仿真方案的推广使用，方案科学、合理，切实可行。

进一步，本发明通过设置构建地形概化模型、水库参数率定模型，实现水库调洪模型的模型参数率定，并可以根据水库的不同以及水库概化地形信息的不同，得到不同的模型参数，从而可以有效减少溃坝仿真方案的计算误差，方案简单，实用。

作为优选技术措施：

地形概化模型的构建方法如下：

步骤1：获取某水库参数，某水库参数至少包括某水库库区的外围轮廓数据；

步骤2：根据外围轮廓数据，建立库区多边形，并计算库区多边形的面积，得到正常蓄水位下的库区面积；

步骤3：根据水位分辨率和库区地形的高程范围，生成一个水位数组；

步骤4：基于水库水位及库容曲线，求出水位数组中每个水位对应的水库库容；结合步骤2中的正常蓄水位下的库区面积，采用棱台体积公式计算每个水位对应的库区面积，形成水位及面积映射表；

步骤5：遍历水位数组，对库区多边形进行偏移处理，直至处理后的多边形面积与步骤4中的水位及面积映射表中的对应面积一致；此时将多边形的等高线作为当前水位的等高线，获得水库概化地形。

本发明通过库区多边形和水库水位及库容曲线，使用棱台体积公式计算水位及面积映射表，迭代求解非线性方程，再通过偏移曲线算法，建立水库二维概化地形，方案简单、实用。

作为优选技术措施：

地形概化模型获得水库概化地形信息的方法如下：

步骤21，获取某水库参数，某水库参数至少包括某水库库区的外围轮廓数据；

根据外围轮廓数据建立库区多边形，库区多边形为按顺时针或逆时针方向依次排列的点坐标二维数组；并求取采用高斯面积公式计算库区多边形的面积；将库区多边形的面积作为正常蓄水位下的库区面积；

步骤22，获取水位分辨率，作为概化地形中相邻两条等高线的水位差；

获取库区地形的高程范围，作为概化地形的最小高程值和最大高程值；

然后以最小高程值作为水位数组的首位元素，水位差作为递增量，最大高程值作为末位元素，生成一个水位数组；

步骤23，基于水库水位及库容曲线，求出水位数组中每个水位对应的水库库容；结合步骤21中的正常蓄水位下的库区面积，采用棱台体积公式计算每个水位对应的库区面积，形成水位及面积映射表；

步骤24，遍历水位数组，对库区多边形进行偏移处理，直至处理后的多边形面积与步骤23中的水位及面积映射表中的对应面积一致；此时可将多边形的等高线作为当前水位的等高线，获得水库概化地形信息；其具体步骤如下：

S41：遍历水位数组，求解各水位对应的等高线多边形相对于库区多边形的偏移量；偏移后多边形的面积是原多边形面积和放大距离的函数；

每个放大距离对应的函数值由偏移曲线算法和高斯面积公式求得；遍历水位数组，迭代求解关于放大距离的非线性方程，获得每个水位的偏移量；

S42：根据每个水位的偏移量，使用偏移曲线算法对库区多边形进行偏移，获得水位的等高线；

S43：提取各等高线多边形的顶点坐标；并根据顶点坐标，取多边形对应的水位值作为顶点的高程值，构建水库的三维地形高程数据，从而获得水库概化地形信息。

作为优选技术措施：

还包括水库仿真模型；水库仿真模型，用于根据水文数据，对水库概化地形信息进行更新，得到水库概化新地形；

水库仿真模型得到水库概化新地形的方法如下：

步骤31：根据某水库参数，建立具有若干网格节点的不规则三角形网格；

步骤32：使用双线性插值法将三维地形高程数据映射到网格节点上；

步骤33：根据网格节点，计算模型水位为特征水位时的模型水量；

步骤34：将模型水量与水位及库容曲线中的库容进行对比，得到误差结果；

步骤35：当误差结果小于给定阈值时，则库容复核完毕；

当误差结果大于或等于给定阈值时，则以棱柱体积公式，根据模型水量，依据棱柱体积公式计算高程调整量，生成新的三维地形高程数据；

步骤36：根据新的三维地形高程数据，对水库概化地形信息进行更新，得到水库概化新地形。

作为优选技术措施：

水库调洪模型得到调洪仿真结果的方法如下：

步骤41：基于水库概化新地形，得到水库地表类型和状况；

步骤42：根据水库地表类型和状况，设置初始糙率，并以水库设计信息和校核入库流量时序过程线作为上游边界条件；

步骤43：根据水库调度原则设立模型下游边界条件；

水库调度原则包括以下内容：

依据水库入库流量情况和坝前水位情况，确定出库条件；

若出库条件为实现恒定出库流量，则设立固定流量边界；

若出库条件为实现水库入库流量等于出库流量，则设立固定水位边界；

若出库条件为实现出库流量按水库泄洪建筑物的泄流曲线计算，则设立水位-流量边界；

步骤44：根据模型下游边界条件，进行调洪仿真计算，得到调洪仿真结果；

调洪仿真结果至少包括坝前水位时序过程线和水库下泄流量过程。

作为优选技术措施：

水库参数率定模型得到水库调洪模型的最优模型参数的方法如下：

步骤51：获取调洪仿真结果和水库调洪历史数据；

调洪仿真结果至少包括坝前水位时序过程线和水库下泄流量过程；

步骤52：根据调洪仿真结果和水库调洪历史数据，计算坝前水位最大值误差、峰现时间误差以及最大下泄流量误差；

步骤53：对坝前水位最大值误差、峰现时间误差以及最大下泄流量误差进行归一化处理，并取相对误差的平方和作为目标函数；

步骤54：利用迭代法求解目标函数的极小值，并作为水库调洪模型的最优模型参数。

本发明根据坝前水位峰值、峰现时间和水库最大下泄流量，建立目标函数，迭代计算出水库调洪模型极小值，实现模型参数的率定以及寻优，方案切实可行。

作为优选技术措施：

水库调洪模型进行调洪演算的方法如下：

步骤61：根据水库概化新地形、水库调度原则以及最优模型参数，并以上游溃坝洪水带来的入库流量过程线作为上游边界条件，进行调洪计算，获得坝前水位信息；

步骤62：根据坝前水位信息进行判断，是否出现漫顶情况或发生连续溃决情况；

若出现漫顶情况，则使用宽顶堰公式计算得到漫顶流量，执行步骤63；

若发生连续溃决情况，则结束调洪演算；

步骤63：根据漫顶流量与出库边界流量，计算水库总出库流量；

步骤64：根据水库总出库流量，获得水库总出库流量过程线。

作为优选技术措施：

溃坝耦合仿真模型得到溃坝仿真结果的方法如下：

当水库未溃决时，根据一个或多个水库的总出库流量过程线，计算坝址流量；

当水库达到溃决条件时，实时根据局部坝前水位、坝下水位和地形计算坝址流量，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真。

为实现上述目的之一，本发明的第二种技术方案为：

一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法，包括以下步骤：

第一步，获取待溃坝仿真的某水库参数；

第二步，利用预先构建的地形概化模型，对水库参数进行处理，获得水库概化地形信息；

第三步，通过预先构建的水库仿真模型，并结合水文数据，对水库概化地形信息进行更新，得到水库概化新地形；

第四步，基于预先构建的水库调洪模型，并根据水库调度原则以及初始糙率，对水库概化新地形进行调洪计算，得到调洪仿真结果；

第五步，利用预先构建的水库参数率定模型，并根据调洪仿真结果和水库调洪历史数据，对水库调洪模型的模型参数进行率定，得到水库调洪模型的最优模型参数；

第六步，根据最优模型参数，水库调洪模型以溃坝洪水带来的入库流量过程线作为边界条件，进行调洪演算，获得水库总出库流量过程线；

第七步，利用预先构建的溃坝耦合仿真模型，并根据水库总出库流量过程线，进行二维连续溃坝水动力耦合仿真，得到溃坝仿真结果，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真。

本发明经过不断探索以及试验，通过构建地形概化模型、水库仿真模型、水库调洪模型、水库参数率定模型、溃坝耦合仿真模型，对水库参数进行处理，获得水库概化地形信息；并结合水文数据，对水库概化地形信息进行更新，得到水库概化新地形；进而根据水库调度原则以及初始糙率，对水库概化新地形进行调洪计算，得到调洪仿真结果；再根据调洪仿真结果和水库调洪历史数据，对水库调洪模型的模型参数进行率定，得到水库调洪模型的最优模型参数；根据最优模型参数，以溃坝洪水带来的入库流量过程线作为边界条件，进行调洪演算，获得水库总出库流量过程线；然后根据水库总出库流量过程线，进行二维连续溃坝水动力耦合仿真，得到溃坝仿真结果，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真，从而有效提高溃坝洪水仿真方案的准确性，便于用户对溃坝洪水进行准确仿真，利于溃坝洪水仿真方案的推广使用，方案科学、合理，切实可行。

进一步，本发明通过设置构建地形概化模型、水库参数率定模型，实现水库调洪模型的模型参数率定，并可以根据水库的不同以及水库概化地形信息的不同，得到不同的模型参数，从而可以有效减少溃坝仿真方案的计算误差，方案简单，实用。

再进一步，本发明通过构建水库仿真模型，并结合水文数据，对水库概化地形信息进行更新，得到水库概化新地形，进一步减少溃坝仿真方案的计算误差，提高溃坝洪水仿真方案的准确性。

为实现上述目的之一，本发明的第三种技术方案为：

一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真系统，采用上述的一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法，其包括地形概化模块、水库仿真模块、水库调洪模块、水库参数率定模块和溃坝耦合仿真模块：

地形概化模块，用于对水库参数进行处理，获得水库概化地形信息；

水库仿真模块，用于结合水文数据，对水库概化地形信息进行更新，得到水库概化新地形；

水库调洪模块，用于根据水库概化新地形、水库调度原则以及模型参数，进行调洪演算，获得水库总出库流量过程线；

水库参数率定模块，用于对水库调洪模块的模型参数进行率定，得到水库调洪模块的最优模型参数；

溃坝耦合仿真模块，用于根据水库总出库流量过程线，进行二维连续溃坝水动力耦合仿真，得到溃坝仿真结果，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真。

本发明经过不断探索以及试验，通过设置地形概化模块、水库仿真模块、水库调洪模块、水库参数率定模块、溃坝耦合仿真模块，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真，从而有效减少溃坝仿真方案的计算误差，提高溃坝洪水仿真方案的准确性，便于用户对溃坝洪水进行准确仿真，利于溃坝洪水仿真方案的推广使用，方案科学、合理，切实可行。

与现有技术方案相比，本发明具有以下有益效果：

本发明经过不断探索以及试验，通过构建地形概化模型、水库调洪模型、水库参数率定模型、溃坝耦合仿真模型，对水库参数进行处理，获得水库概化地形信息；并根据水库调度原则以及初始糙率，对水库概化地形信息进行调洪计算，得到调洪仿真结果；再根据调洪仿真结果和水库调洪历史数据，对水库调洪模型的模型参数进行率定，得到水库调洪模型的最优模型参数；根据最优模型参数，以溃坝洪水带来的入库流量过程线作为边界条件，进行调洪演算，获得水库总出库流量过程线；然后根据水库总出库流量过程线，进行二维连续溃坝水动力仿真计算，得到溃坝仿真结果，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真，从而有效提高溃坝洪水仿真方案的准确性，便于用户对溃坝洪水进行准确仿真，利于溃坝洪水仿真方案的推广使用，方案科学、合理，切实可行。

进而，本发明经过不断探索以及试验，通过设置地形概化模块、水库仿真模块、水库调洪模块、水库参数率定模块、溃坝耦合仿真模块，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真，从而有效减少溃坝仿真方案的计算误差，提高溃坝洪水仿真方案的准确性，便于用户对溃坝洪水进行准确仿真，利于溃坝洪水仿真方案的推广使用，方案科学、合理，切实可行。

进一步，本发明通过设置构建地形概化模型、水库参数率定模型，实现水库调洪模型的模型参数率定，并可以根据水库的不同以及水库概化地形信息的不同，得到不同的模型参数，从而可以有效减少溃坝仿真方案的计算误差，方案简单，实用。

再进一步，本发明通过构建水库仿真模型，并结合水文数据，对水库概化地形信息进行更新，得到水库概化新地形，进一步减少溃坝仿真方案的计算误差，提高溃坝洪水仿真方案的准确性。

附图说明

图1是本发明溃坝洪水仿真方法的一种流程示意图；

图2是本发明溃坝洪水仿真方法的另一种流程示意图；

图3是应用本发明溃坝洪水仿真方法的一种流程示意图；

图4是本发明实施例某下游水库不规则三角形网格示意图；

图5是本发明实施例针对典型洪水过程的调洪计算结果示意图；

图6是本发明实施例针对一场溃坝洪水的调洪计算结果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“或/和”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，本发明基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法的第一种具体实施例：

一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法，包括以下内容：

获取待溃坝仿真的某水库参数；

利用预先构建的地形概化模型，对水库参数进行处理，获得水库概化地形信息；

基于预先构建的水库调洪模型，并根据水库调度原则以及初始糙率，对水库概化地形信息进行调洪计算，得到调洪仿真结果；

利用预先构建的水库参数率定模型，并根据调洪仿真结果和水库调洪历史数据，对水库调洪模型的模型参数进行率定，得到水库调洪模型的最优模型参数；

根据最优模型参数，水库调洪模型以上游溃坝洪水带来的入库流量过程线作为边界条件，进行调洪演算，获得水库总出库流量过程线；

利用预先构建的溃坝耦合仿真模型，并根据水库总出库流量过程线，进行二维连续溃坝水动力仿真计算，得到溃坝仿真结果，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真。

本发明基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法的第二种具体实施例：

一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法，包括以下步骤：

第一步，获取待溃坝仿真的某水库参数；

第二步，利用预先构建的地形概化模型，对水库参数进行处理，获得水库概化地形信息；

第三步，通过预先构建的水库仿真模型，并结合水文数据，对水库概化地形信息进行更新，得到水库概化新地形；

第四步，基于预先构建的水库调洪模型，并根据水库调度原则以及初始糙率，对水库概化新地形进行调洪计算，得到调洪仿真结果；

第五步，利用预先构建的水库参数率定模型，并根据调洪仿真结果和水库调洪历史数据，对水库调洪模型的模型参数进行率定，得到水库调洪模型的最优模型参数；

第六步，根据最优模型参数，水库调洪模型以上游溃坝洪水带来的入库流量过程线作为边界条件，进行调洪演算，获得水库总出库流量过程线；

第七步，利用预先构建的溃坝耦合仿真模型，并根据水库总出库流量过程线，进行二维连续溃坝水动力仿真计算，得到溃坝仿真结果，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真。

如图2所示，本发明基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法的第三种具体实施例：

一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法，对流域内的水库进行地形概化，然后建立每个水库的调洪模型并进行模型的库容复核和参数率定，以上游溃坝洪水带来的入库流量过程线作为上游边界条件，使用调洪模型进行调洪演算，获得水库总出库流量过程线，基于此进行连续溃坝水动力仿真计算。其具体包括以下步骤：

S1：根据水库库区的外围轮廓建立库区多边形，并计算库区多边形的面积，得到正常蓄水位下的库区面积。

S2：根据水位分辨率和概化地形的高程范围，生成一个水位数组。

S3：基于水库水位及库容曲线，求出水位数组中每个水位对应的水库库容。结合S1中的正常蓄水位下的库区面积，采用棱台体积公式计算每个水位对应的库区面积，形成水位及面积映射表。

S4：遍历水位数组，对库区多边形进行偏移处理，直至处理后的多边形面积与S3中的水位及面积映射表中的对应面积一致。此时可将多边形作为当前水位的等高线，获得水库概化地形。

S5：在水库范围内建立不规则三角形网格，赋予网格节点地形值，构建水库仿真模型，对概化地形进行特征水位下的模型库容复核，以对水库概化地形进行更新。

S6：基于水库地表类型和状况拟定初始糙率，根据水库调度原则进行调洪计算，得到调洪仿真结果。

S7：对比该水库调洪成果数据和调洪仿真结果，进行水库调洪模型的模型参数率定。

S8：以上游溃坝洪水带来的入库流量过程线作为上游边界条件，使用上述水库调洪模型进行调洪演算，获得水库总出库流量过程线。

S9：基于S8中的水库总出库流量过程线，进行二维连续溃坝水动力仿真计算。

本发明得到库区面积的一种具体实施例：

所述S1，根据水库库区的外围轮廓建立库区多边形，并计算库区多边形的面积。库区多边形具体为按顺时针或逆时针方向依次排列的点坐标二维数组，其表达式如下：

其中(

其中，

库区多边形的面积将作为正常蓄水位下的库区面积

本发明生成一个水位数组的一种具体实施例：

所述S2，根据水位分辨率和概化地形的高程范围，即分别为概化地形中相邻两条等高线的水位差

其中

本发明形成水位及面积映射表的一种具体实施例：

所述S3，形成水位及面积映射表的方法，包括以下步骤：

S31:判断正常蓄水位

若

其中，

若

若

以下步骤均以

S32：计算水位数组中每个水位对应的库容，水位及库容曲线的函数表达式如下所示：

其中，

进而计算水位数组中每个水位对应的水库库容，其计算公式如下所示：

其中

若该曲线为离散点数据，则对原始数据进行线性插值，以此获得每个水位对应的水库库容。

S33：结合S1中求得的正常蓄水位下的库区面积

其中，

在循环的第一步中，等号右边的表达式如下：

等号左边的表达式如下：

进而，上述体积公式变成：

其中，未知值

本发明获得水库概化地形的一种具体实施例：

所述S4，获得水库概化地形的方法，包括以下步骤：

S41：遍历水位数组，求解各水位对应的等高线多边形相对于库区多边形的偏移量。偏移后多边形的面积

函数

S42：根据上一步求得的，每个水位

S43：提取各等高线多边形的顶点坐标，取多边形对应的水位值作为这些顶点的高程值，由此构建了水库的三维地形高程数据。

本发明对水库概化地形进行更新的一种具体实施例：

所述S5，对水库概化地形进行更新的方法，包括以下步骤：

S51：建立不规则三角形网格的水库仿真模型。使用双线性插值法将S4中获得的三维地形高程数据映射到网格节点上。

S52：对概化地形进行特征水位下的模型库容复核，以对水库概化地形进行更新，其具体包括以下内容：

计算模型水位为特征水位

若模型水量

若模型水量

其中，

所述S6，输入水库设计数据、校核洪水过程信息和初始糙率，根据水库调度原则进行调洪计算。其具体步骤如下：

S61：基于水库地表类型和状况拟定初始糙率，以水库设计信息和校核入库流量时序过程线作为上游边界条件。

S62：根据水库调度原则设立模型的下游边界条件，即依据水库入库流量情况和坝前水位情况，确定出库条件。

若出库条件为实现恒定出库流量，则设立固定流量边界；

若出库条件为实现水库入库流量等于出库流量，则设立固定水位边界；

若出库条件为实现出库流量按水库泄洪建筑物的泄流曲线计算，则设立水位-流量边界。

S63：对模型进行仿真计算，得到坝前水位时序过程线和水库下泄流量过程。

本发明进行水库调洪模型的模型参数率定的一种具体实施例：

所述S7，进行水库调洪模型的模型参数率定的方法，包括以下内容：

基于水库调洪成果资料，计算模型计算结果和调洪成果资料中的坝前水位最大值误差、峰现时间误差以及最大下泄流量误差。因为三者为不同的物理单位，所以进行归一化处理，取相对误差的平方和作为目标函数

其中

本发明获得水库总出库流量过程线的一种具体实施例：

所述S8，获得水库总出库流量过程线的方法，包括以下内容：

以上游溃坝洪水带来的入库流量过程线作为上游边界条件，使用上述仿真模型进行调洪演算。对坝前水位进行监测，若出现漫顶情况，则使用宽顶堰公式进行漫顶流量的计算：

其中

本发明进行二维连续溃坝水动力仿真计算的一种具体实施例：

所述S9，进行二维连续溃坝水动力仿真计算的方法，包括以下内容：

基于S8中的各水库总出库流量过程，进行二维连续溃坝水动力仿真计算。当水库未溃决时，使用调洪模型计算出的对应水库出库流量过程进行计算坝址流量；当水库达到溃决条件时，实时根据局部坝前水位、坝下水位和地形计算坝址流量。

本发明基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真系统的第一种具体实施例：

一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真系统，包括地形概化模块、水库仿真模块、水库调洪模块、水库参数率定模块和溃坝耦合仿真模块。

地形概化模块，用于对水库参数进行处理，获得水库概化地形信息；

水库仿真模块，用于结合水文数据，对水库概化地形信息进行更新，得到水库概化新地形；

水库调洪模块，用于根据水库概化新地形、水库调度原则以及模型参数，进行调洪演算，获得水库总出库流量过程线；

水库参数率定模块，用于对水库调洪模块的模型参数进行率定，得到水库调洪模块的最优模型参数；

溃坝耦合仿真模块，用于根据水库总出库流量过程线，进行二维连续溃坝水动力仿真计算，得到溃坝仿真结果，实现基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真。

本发明基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真系统的第二种具体实施例：

一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真系统，包括水库地形概化模块、水库调洪模块和二维连续溃坝模块。

所述水库地形概化模块基于地理信息系统的卫星地图，绘制库区多边形，计算正常蓄水位下的库区面积，再根据水库工程特性资料，生成水位数组并计算每个水位对应的库区面积，对库区多边形进行偏移处理，生成概化地形等高线，进而获得三维水库概化地形数据。

所述水库调洪模块基于水库地形概化模块中生成的水库调洪模型和水库调洪成果资料，在模型中添加能反映水库调洪原则的调度功能，并对调洪模型进行率定，确定其最优糙率系数。

所述二维连续溃坝模块基于水库调洪模块计算的水库总出库流量，计算下游水库的坝前水位过程，同步进行溃坝发生条件判断。若发生连溃，则实时根据局部坝前水位、坝下水位和地形计算坝址流量。获得溃坝洪水对下游冲淹区的影响结果，包括最大淹没水深场、最大流速场和淹没历时场。

如图3所示，应用本发明溃坝洪水仿真方法的一种具体实施例：

基于地理信息系统的卫星地图，绘制某水库的库区多边形，并计算正常蓄水位下的库区面积，再根据水库工程特性资料，生成水位数组并计算每个水位对应的库区面积，对库区多边形进行偏移处理，生成概化地形等高线，进而获得三维水库概化地形数据。具体流程如下：

1.收集水库工程特性资料，包括水位库容曲线、水库调度原则和水库工程特性表。

2.在地理信息系统的卫星地图上绘制水库库区的外围轮廓线，作为正常蓄水位下的库区多边形。根据高斯面积公式计算该库区多边形的面积，其具体计算公式如下所示：

其中，

库区多边形的面积将作为正常蓄水位下的库区面积

3.生成水位数组，概化地形的高程范围从水库坝下河道高程

并在水位数组中添加两个水库特征水位，分别为水库设计洪水位

4.基于水库水位-库容表，并由于是离散点数据，所以根据线性插值求出

5.遍历水位数组，迭代计算数组中各水位对应的偏移量，再通过偏移曲线算法对步骤1的正常蓄水位下的库区多边形进行偏移，获得各水位的等高线，即水库概化地形。提取各等高线的顶点坐标，以其对应的水位作为这些点的地形高程值，得到三维地形高程数据，其表达式如下：

其中

6.建立网格尺度为30m的不规则三角形网格，其包括以下内容：

在本实施例中，建立某下游水库的不规则三角形网格，可参见图4，并使用双线性插值法将三维地形高程数据映射到网格节点上，构建水库仿真模型。分别计算模型水位为正常蓄水位

当判断结果为“否”，即误差不高于阈值（5%）时，基于水库仿真模型和水库调洪成果资料，在模型中添加能反映水库调洪原则的调度功能，并对仿真模型进行率定，确定其最优糙率系数。具体流程如下：

1.以水库72小时（h）设计和校核洪水流量过程作为上游边界条件，选取初始糙率为山区大河流（河槽无草树，河岸较陡，岸坡树丛过洪时淹没）的正常糙率值0.030。

水库72h设计和校核洪水流量过程的表达式如下所示：

其中

基于水库调洪原则确定下游边界条件：

当入库流量小于正常蓄水位下的水库泄洪建筑物最大下泄流量

当入库流量大于等于正常蓄水位下的水库泄洪建筑物最大下泄流量

进行仿真模型的计算，输出计算坝前水位最大值、峰现时间以及最大水库下泄流量，本实施例中，下游水库模型针对其典型洪水过程的调洪计算结果，可参见图5。

2.对比该水库调洪成果资料，对步骤7中的三个计算值进行归一化处理，取相对误差的平方和，建立率定的目标函数

3.以上游溃坝洪水带来的入库流量过程线作为上游边界条件，使用上述仿真模型进行调洪演算。对坝前水位进行监测，判断是否出现漫顶情况，当判断结果为“是”时，则使用宽顶堰公式进行漫顶流量的计算：

当判断结果为“否”时，漫顶流量为零，输出总出库流量过程。

本实施例中，下游水库模型针对一场溃坝洪水的调洪计算结果，可参见图6，具体包括以下内容：

在溃坝洪水到达前，计算坝前水位维持在正常蓄水位52.50米（m），水库下泄流量维持在2000立方米每秒（m

基于水库总出库流量，计算下游水库的坝前水位过程，进行二维连续溃坝计算，同步进行溃坝发生条件判断。若发生连溃，则实时根据局部坝前水位、坝下水位和地形计算坝址流量。分析对下游冲淹区的影响，获得溃坝洪水对下游冲淹区的影响结果，包括最大淹没水深场、最大流速场和淹没历时场。

因而，本发明可以实现水库地形的概化和水库调洪模型的建立与率定，适用于连续溃坝分析的水库调洪二维仿真计算。

进而，本发明基于水库调洪模型和连续溃坝水动力仿真的耦合，可以实现连续溃坝工况下水库在溃坝前的调洪仿真，方案详尽，切实可行。

应用本发明方法的一种设备实施例：

一种电子设备，其包括：

一个或多个处理器；

存储装置，用于存储一个或多个程序；

当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器实现上述的一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法。

应用本发明方法的一种计算机介质实施例：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的一种基于水库调洪耦合水动力的溃坝洪水仿真方法。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是根据本申请实施例的方法、设备（系统）、计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。