一种河流二维水质数值模拟模型计算网格优化绘制方法技术

本发明专利技术公开了一种河流二维水质数值模型计算网格局部优化加密绘制方法。通过网格局部优化加密绘制方法，实现对二维规则精细网格特殊计算位置按任意比例进行局部优化加密，满足实际数值模拟计算过程中，对不同计算位置、不同计算任务需要不同精细程度的网格的需要，提高计算的效率和减少硬件开销。本发明专利技术基于已有的水质模型数值模拟网格绘制方法和工具，实现了简单高效的二维水质模型计算网格优化绘制，为基于规则网格的数值计算提供数据支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种河流二维水质数值模拟模型计算网格优化绘制方法
本专利技术属于流体力学和环境数值模拟领域，涉及一种河流二维水质数值模型计算网格优化绘制方法，它的算法原理适应于构建疏密程度不一的数值模拟模型计算网格体系，以支撑流域河流水质数值模拟计算。
技术介绍
网格是将整体单元离散化，进行有限元数值模拟计算的前提。随着以有限元数值模拟计算为基础的流体力学计算与二三维水动力水质数学模型的不断发展，以及环境管理对水质数值模拟计算精度要求的不断提高，如何绘制高精度的二维规则网格，并基于这套网格，满足实际计算过程中，对不同计算位置、不同计算任务需要不同精细程度的网格的需要，提高计算的效率和减少硬件开销等的需求，是当前环境管理与数值模拟分析所面临的重要问题，也是提高模拟效率与精度的重要技术问题。在数值离散计算中，通过将计算区域划分为较小的、不重叠的计算单元，进行有限元数值模拟计算。目前生成有限元结构化网格的方法和技术已经非常成熟，出现了一系列的商业级的软件如Delft3D，EFDC，Seagrid，CAD等。这些软件不仅能进行正交网格的绘制，还具有网格平滑、正交、删减等可以用来对网格的质量进行检验或编辑的功能。目前已有的网格绘制工具，例如Delft3D，在生成适应于离散数值计算的规则网格时，采用二维平面直角坐标系，以正东方向为X轴(i方向)、以正北方向为Y轴(j方向)，对所绘制的网格按照i，j进行连续编号。这种方法通过i，j的大小，能方便的获知每个网格的上下左右的空间相邻关系，从而进行离散化空间求解。在实际企业污水处理厂的入河排污口布设工程项目中，为定量化地评估入河排污口所排放污水对受纳水域水环境的影响以及满足水环境功能区管理与保护的要求，在排污口建设项目实际动工之前，需要借助水质数学模型对入河污染物的水环境影响进行模拟预测。其中二维规则网格是进行数值模拟计算的前提，在数值模拟计算中，网格单元的大小和数量决定了计算的精度和速度，网格越少，模拟计算速度越快。但排污口设置对水质影响的数值模拟中，计算目的是为了精确预测排污口污水排放时河道水质的变化趋势，对模拟精度要求很高，此时，可以采取加密网格的办法，增加网格总数，进而提高计算精度。但网格总数过大，又会降低计算速度，加大硬件损耗。根据实际工程经验，排污口污水排放时，通常会在排污口位置所在的河道一侧形成污染带。基于此，本专利技术公开了一种河流二维水质数值模型计算网格优化绘制方法。本专利技术基于已有的水质模型数值模拟网格绘制方法和工具，通过网格绘制局部优化技术，实现将规则精细网格对不同计算位置按任意比例进行局部优化加密，解决实际计算过程中，对不同计算位置、不同计算任务需要不同精细程度的网格的需要，提高计算的效率和减少硬件开销，实现了简单高效的二维水质模型计算网格优化绘制，为基于规则网格的数值计算提供数据支撑。
技术实现思路
针对不同计算位置、不同计算任务需要不同精细程度的网格的需要，以及提高数值模拟计算的效率和减少硬件开销的问题，本专利技术提出了一种河流二维水质数值模型计算网格优化绘制方法。本专利技术基于现有成熟的水质模型数值模拟二维规则网格绘制方法和工具，绘制模拟河段规则二维网格，对模拟的重点部分进行网格局部优化加密，实现了简单高效的二维水质模型计算网格优化绘制，为基于规则网格的数值计算提供数据支撑。为了实现上述目的，其技术解决方案为：一种河流二维水质数值模拟模型计算网格优化绘制方法，包括：步骤1，对研究范围内的实测数字地形图进行识别与转化，划分出数值模拟计算河段，识别数值模拟计算河段河道边界，提取数字地形图高程点及等高线，并将提取出的等高线转化为高程点，再利用二维规则网格绘制工具，精细绘制河段数值模拟计算区域的二维规则网格；步骤2，根据计算效率的需要，在现有网格精度及其计算效率的基础上，确定参与计算的网格的加密比例，依据加密比例，对网格特殊位置进行局部优化加密，形成局部优化加密后的网格体系。在上述的河流二维水质数值模拟模型计算网格优化绘制方法，所述步骤1具体包括：步骤1-1，数值模拟计算河段河道边界提取：在ArcGIS中加载数值模拟计算河段CAD文件，新建线图层，紧贴实测图层，绘制河道左岸边界线，保存该线图层；利用ArcGIS工具将该线图层转为点图层，打开属性表，添加X,Y字段，分别计算该点图层的X,Y坐标，导出数据并保存为dbf格式；同上述操作相同，新建线图层，绘制河道右岸边界线，利用ArcGIS工具将线图层转换为点图层；打开点图层属性表，添加X,Y字段，分别计算X,Y坐标，导出数据并保存为dbf格式；步骤1-2，数字地形图中高程点的提取：在ArcGIS中加载数值模拟计算河段CAD文件，暂时勾选掉其他图层，只保留实测点图层；打开点图层的属性表，按属性选择“实测点层”及“测量与控制点层”，将所选要素转成shp文件格式，生成新的点图层；加载新生成的shp文件，打开该图层属性表，计算X,Y坐标，导出数据并保存为dbf格式；步骤1-3，数字地形图中等高线的提取与转化：在ArcGIS中加载数值模拟计算河段CAD文件，暂时勾选掉其他图层，只保留线图层；打开线图层的属性表，按属性选择“首曲线层”及“计曲线层”，将所选要素转成shp文件格式，生成新的线图层；加载新生成的shp文件，利用ArcGIS工具，将线图层转为点图层；加载新生成的点图层，打开该点图层的属性表，添加X,Y字段，计算X,Y坐标，导出数据并保存为dbf格式；步骤1-4，导入数值模拟河段河道边界线，绘制Splines：分别打开步骤1-1中生成的河道左边界及右边界dbf文件，将数据存储成适用于DELFT3D软件的LDB文件格式；分别打开步骤1-2和步骤1-3生成的dbf高程数据文件，将数据存储成适用于DELFT3D软件xyz地形文件；打开DELFT3D软件，导入新生成的LDB及xyz文件，绘制数值模拟河段边界Splines；步骤1-5，生成规则网格：点击Delft3D界面中的Options，然后点击ChangeParameters，设置网格参数，参数M-RefinementFactor设置为m，代表每一个正方形网格内沿纵向生成m个网格；参数N-refinementFactor设置为n，代表每一个正方形网格内沿横向生成n个网格，点击软件界面的网格生成图标，生成二维规则网格。在上述的河流二维水质数值模拟模型计算网格优化绘制方法，所述步骤1-4中，纵向Splines的曲线绘制应紧贴LDB边界，绘制方向沿河段上游到河段下游，横向splines的曲线方向为纵向splines的逆时90度，并与河流流向垂直。在上述的河流二维水质数值模拟模型计算网格优化绘制方法，splines横竖线相交形成正方形网格。在上述的河流二维水质数值模拟模型计算网格优化绘制方法，其特征在于，所述步骤2具体包括：步骤2-1，确定加密的比例：按照实际网格计算的需要，若当前的模拟精度无法满足实际应用对计算的需求，则对网格进行局部优化加密，设定加密比例为n(n为整数)；步骤2-2，进行网格局部加密：根据数值模拟计算河段中实际排污口位置坐标，确定网格体系中排污口的所在位置，按照所确定的加密的比例n，调整网格参数，对排污口所在一侧的网格进行局部加密。本专利技术通过网格局部优化加密绘制方法，实现对二本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种河流二维水质数值模拟模型计算网格优化绘制方法，其特征在于，包括：步骤1，对研究范围内的实测数字地形图进行识别与转化，划分出数值模拟计算河段，识别数值模拟计算河段河道边界，提取数字地形图高程点及等高线，并将提取出的等高线转化为高程点，再利用二维规则网格绘制工具，精细绘制河段数值模拟计算区域的二维规则网格；步骤2，根据计算效率的需要，在现有网格精度及其计算效率的基础上，确定参与计算的网格的加密比例，依据加密比例，对网格特殊位置进行局部优化加密，形成局部优化加密后的网格体系。

【技术特征摘要】
1.一种河流二维水质数值模拟模型计算网格优化绘制方法，其特征在于，包括：步骤1，对研究范围内的实测数字地形图进行识别与转化，划分出数值模拟计算河段，识别数值模拟计算河段河道边界，提取数字地形图高程点及等高线，并将提取出的等高线转化为高程点，再利用二维规则网格绘制工具，精细绘制河段数值模拟计算区域的二维规则网格；步骤2，根据计算效率的需要，在现有网格精度及其计算效率的基础上，确定参与计算的网格的加密比例，依据加密比例，对网格特殊位置进行局部优化加密，形成局部优化加密后的网格体系。2.根据权利要求1所述的河流二维水质数值模拟模型计算网格优化绘制方法，其特征在于，所述步骤1具体包括：步骤1-1，数值模拟计算河段河道边界提取：在ArcGIS中加载数值模拟计算河段CAD文件，新建线图层，紧贴实测图层，绘制河道左岸边界线，保存该线图层；利用ArcGIS工具将该线图层转为点图层，打开属性表，添加X,Y字段，分别计算该点图层的X,Y坐标，导出数据并保存为dbf格式；同上述操作相同，新建线图层，绘制河道右岸边界线，利用ArcGIS工具将线图层转换为点图层；打开点图层属性表，添加X,Y字段，分别计算X,Y坐标，导出数据并保存为dbf格式；步骤1-2，数字地形图中高程点的提取：在ArcGIS中加载数值模拟计算河段CAD文件，暂时勾选掉其他图层，只保留实测点图层；打开点图层的属性表，按属性选择“实测点层”及“测量与控制点层”，将所选要素转成shp文件格式，生成新的点图层；加载新生成的shp文件，打开该图层属性表，计算X,Y坐标，导出数据并保存为dbf格式；步骤1-3，数字地形图中等高线的提取与转化：在ArcGIS中加载数值模拟计算河段CAD文件，暂时勾选掉其他图层，只保留线图层；打开线图层的属性表，按属性选择“首曲线层”及“计曲线层”，将所选要素转成shp文件格式，生成新的线图层；加载新生成的shp文件，利用ArcGIS工具，将线图层转为点...

【专利技术属性】
技术研发人员：张万顺，黄攀攀，彭虹，王永桂，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42