1.一种用于模拟辫状河道水流平面流场的方法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:制作河道二维计算网格,包括对辫状河道的平面区域进行分类和标识、勾画河道内外的分界线、分区生成计算网格;步骤2:插值网格点的地形,包括对辫状河道地形散点和网格点进行分类和标识、对网格点与地形散点进行配对、插值网格点的地形,进而完成辫状河道平面区域河床地形地貌的精细建模;步骤3:将二维水动力控制方程在二维计算网格上进行数值离散,构建基础的二维水动力求解器;步骤4:建立记忆与补偿方式的干湿动边界处理模块,使之与水动力求解器协调同步工作,并共同组建成为完整的二维水动力模型,该模型具备实时处理辫状复杂河道洪水传播中水域动态变化的能力;步骤5:对于辫状河道目标河段,设定其进出口流量、水位开边界条件,开展辫状河道水流平面流场的模拟,将模型算出的水位分布、流场结果保存于硬盘,并显示在电脑屏幕上对用户进行反馈。
2.根据权利要求1所述的一种用于模拟辫状河道水流平面流场的方法,其特征在于,所述步骤1中,制作河道二维计算网格具体为,步骤11:参照辫状河道实测地形图中的河道水边线、滩缘线,将河道分为三类区域,其一,为河道内边滩,河道左右内侧边滩的滩缘线与河道外边界之间的区域,使用-1标识;其二,为河道内的沙洲,将河道内的沙洲使用1、2、3、…、N这些不重复的正整数进行标识,N为沙洲总数;其三,为界于边滩与沙洲之间的沟槽流道,使用0标识;步骤12:按照选定的空间步长勾画堤线,将大堤以内的区域作为计算区域;按照选定的空间步长,沿河道内的滩缘线或水边线勾画滩槽分界线;步骤13:分别生成边滩、沟槽流道、心滩的面域,并采用各面域分别生成的方式得到三类区域各个分区的计算网格。
3.根据权利要求2所述的一种用于模拟辫状河道水流平面流场的方法,其特征在于,所述步骤2中,插值网格点的地形具体为:步骤21:对应步骤11中计算区域的分类,将位于边滩、沟槽、沙洲分区内的实测地形散点分别使用-1、0和正整数进行标识;步骤22:通过标识将网格点与地形散点进行配对,形成“网格点—地形散点”分组;步骤23:在各分组内部,基于地形散点的高程数据插值得到网格点的地形。
4.根据权利要求1所述的一种用于模拟辫状河道水流平面流场的方法,其特征在于,所述步骤3中,构建基础的二维水动力求解器具体为:步骤31:采用水深平均的二维浅水方程作为控制方程;步骤32:采用θ 半隐方法离散控制方程中的水位梯度项,以消除快速表面重力波引起的对求解器计算稳定性的限制;步骤33:采用欧拉—拉格朗日方法求解控制方程中的对流项,使求解器计算的时间步长不受与网格尺度有关的稳定条件的限制;步骤34:采用有限体积法离散控制方程,以保证水动力计算的水量守恒;步骤35:通过构建基于流速-压力耦合的代数方程组并对其进行迭代求解,来实现河道区域的水位梯度及流场耦合计算。
5.根据权利要求1所述的一种用于模拟辫状河道水流平面流场的方法,其特征在于,所述步骤4中,建立记忆与补偿方式的干湿动边界处理模块,使之与水动力求解器协调同步工作,并共同组建成为完整的二维水动力模型具体为:步骤41:检测单元“湿→干”状态转换事件和负水深单元,并更新单元的干湿标识,按照单元编号由小到大的顺序遍历在计算网格中所有在本时步初状态为湿的单元,根据水动力求解器在本时步解出的最新单元水位,计算单元中心水深,用h 表示,若h≥h 0 ,单元继续保持为湿状态;若h<h 0 ,则表明单元在本时步发生了“湿→干”的状态转变,将其标识为干,对于所有在本时步发生“湿→干”转换的单元,根据单元水深进行进一步判断:若h>0,则该单元为普通干单元,直接跳至步骤43;若h<0,将该单元标识为负水深单元,将与之相邻的湿单元标识为受影响单元,执行步骤42;步骤42:开展新产生的负水深干单元的水量透支与返出水量计算,按照单元编号遍历所有的新产生的负水深干单元,执行步骤421~步骤423;步骤421:对于新产生的某负水深干单元,使用其平面面积A 与水深h,计算它在本时步被透支的水量Ah;步骤422:梳理和规定负水深干单元周围的受影响单元的优先级;同时,按照受影响单元的水体体积权重,计算和记录它们各自所需返出的水量M;步骤423:规定受影响单元在每个时步所需返出的水量ETAC,将M 除以ETAC得到各个受影响单元的水量返出次数CI;步骤43:受影响单元按规定的时步额度ETAC给出水量,对于某一受影响单元,其水位在每个时步下降ETAC;在执行水位修正的同时,其CI 减少1,一旦发现CI已减少到0,则立即消除该单元“受影响单元”身份,按照单元编号遍历所有的受影响单元,进行上述单元水位修正操作;步骤44:检测单元“干→湿”转换事件并进行单元标识更新,按照单元编号顺序遍历所有的干单元,判断它们是否会因邻单元的水力条件而变湿,对于普通干单元,当满足单元恢复过流条件时,将其干湿标志设为湿且水深设为h 0 ,并让它参加下一时步的模型计算,对于负水深干单元,当满足单元恢复过流条件后,给该单元的记忆变量η增加一个水位增量Δh,当发现更新后的η比床面高出h 0 后,随即消除其“负水深单元”身份,并将其干湿标志设为湿,经此检测和更新后,所有剩下的干单元均不参加下一时步的模型计算;步骤45:基于步骤41~步骤44所得到的最新单元干湿信息,更新计算网格中节点、边、其他网格元素的干湿状态。