【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水文学和水力学领域，特别涉及一种平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法。
技术介绍
1、在水文学和水力学研究中，平面二维非结构网格水沙数学模型是一种重要的工具，用于模拟和预测河流、湖泊和水库等水体的水流和沉积物动态。这些模型在环境工程、水资源管理、防洪规划等多个领域具有广泛的应用。模型的准确性在很大程度上依赖于正确的糙率系数设置，糙率系数描述了水体底部和边界的粗糙程度，直接影响水流的速度和方向。
2、传统上，糙率系数的确定依赖于现场测量或专家经验。然而，由于自然水体的复杂性和多变性，这种方法往往耗时且成本高昂。此外，对于大面积或地形复杂的水体，单一或几个固定的糙率值难以准确反映整个模型区域的实际情况。因此，需要一种更为精确和灵活的方法来自动地根据不同区域的特征调整糙率系数。
3、目前，虽然已有一些自动化方法被提出来优化水沙数学模型，但这些方法通常依赖于复杂的算法，或需要更改源程序内部代码，或只能对单个站点水位进行糙率率定，并且实际应用中仍需要人工参与。
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术提出一种平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，无需更改模型源代码、对空间多个站点水位进行糙率率定、糙率率定全流程无需人工参与的糙率自动率定方法，旨在提高水沙模型的精确度和适用性，特别是在模拟复杂水文环境下的水流和沉积物运输时，该方法的核心在于能够自动调整不同区域内的糙率系数，从而更准确地模拟自然水体的行为。
3、进一步的，所述方法的步骤为：
4、步骤1，初始化模型参数，包括设定模型的糙率系数、水流条件、网格分布；加载和处理必要的输入数据，包括横断面数据和节点坐标，对节点进行分类，设定误差阈值error；
5、步骤2，糙率系数的校准；
6、步骤3，模型计算和评估；
7、步骤4，糙率系数的调整和再校准；
8、步骤5，完成校准。
9、进一步的，所述节点分类的具体步骤如下：
10、步骤s1，初始化一个与横断面数量相等的零向量position以存储单个节点相对于每个横断面的位置，和一个nd×3的零矩阵flag以存储每个节点的x坐标、y坐标、所在的横断面，其中nd为节点总数；
11、步骤s2，对于每个节点p，依次计算其与每个横断面的叉积，并将计算结果存储在position中，具体地，对于点a、点b构成的断面，计算
12、步骤s3，统计position中的负数个数，为该节点所在的横断面区域编号，更新该节点在flag矩阵的中第三列。
13、进一步的，模型计算和评估方法步骤包括：
14、步骤s1，根据节点所在的断面区域，自动调整相应区域内节点的糙率系数；
15、步骤s2，利用调整后的糙率系数重新运行水沙数学模型；
16、步骤s3，通过比较模型输出与预设或实测数据的差异，评估糙率系数的准确性。
17、进一步的，所述评估糙率系数的准确性包括：
18、设置一个误差阈值error；
19、对于每个区域，比较模型输出与预设或实测数据的差异，若差异小于error，则认为该区域的糙率系数准确；
20、若所有区域的糙率系数均满足准确性要求，则生成一个success文件标记整个模型的校准过程成功。
21、进一步的，所述方法通过自动化脚本实现，包括以下步骤：
22、文件处理与数据转换；
23、模型运行与输出文件的生成；
24、数据提取、处理和分析；
25、利用matlab脚本进行数据校准和糙率系数的调整。
26、一种基于预设或实测数据的比较方法，基于上述所述的平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，其特征在于，用于验证糙率系数的准确性，通过设置一个误差阈值，评估模型输出与实际数据之间的差异。
27、一种平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，用于水文和水力学模型，环境工程、水资源管理、防洪规划。
28、本专利技术的有益效果是：提供了一种新颖、高效且易于实施的方法，用于平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率自动率定，能够显著提高模型的精确度和适用性。
29、本专利技术首先利用横断面数据来定义模型区域内的不同区域。通过计算模型中每个节点相对于这些横断面的位置，可以将节点分类到不同的区域中；采用了一种基于叉积计算的简洁而有效的算法来判断节点相对于横断面的位置。这种方法不仅计算效率高，而且容易实现和应用；全过程通过自动化脚本实现，包括数据处理、模型运行、输出文件生成、数据提取和处理，以及最终的糙率系数调整，大大减少了人工干预的需求，提高了效率；采用基于预设或实测数据的比较方法，通过设置一个误差阈值，可以评估模型输出与实际数据之间的差异，从而确保了糙率系数的准确性。
30、本专利技术适用范围广，是一种无需更改模型源代码、对空间多个站点水位进行糙率率定、糙率率定全流程无需人工参与的糙率自动率定方法，可用于各种水文和水力学模型，尤其是在河流、湖泊和水库等大面积复杂水体的模拟中具有显著优势；适用于环境工程、水资源管理、防洪规划等实际应用及学术研究。
31、下面结合附图说明和具体实施方式对本专利技术做进一步说明。
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1.一种平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，其特征在于，所述方法使用一组横断面数据，其中每个横断面由两个点的坐标定义，用于标定模型的空间参考；计算模型中每个节点相对于这些横断面的位置，将节点分类到不同的区域中；节点的分类基于节点坐标与横断面坐标的叉积计算得出，用于判断节点相对于横断面的空间位置。
2.根据权利要求1所述的平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，其特征在于，所述方法的步骤为：
3.根据权利要求1或2所述的平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，其特征在于，所述节点分类的具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，其特征在于，模型计算和评估方法步骤包括：
5.根据权利要求4所述的平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，其特征在于，所述评估糙率系数的准确性包括：
6.根据权利要求5所述的平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，其特征在于，所述方法通过自动化脚本实现，包括以下步骤
7.一种基于预设或实测数据的比较方法，基于权利要求6所述的平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，其特征在于，用于验证糙率系数的准确性，通过设置一个误差阈值，评估模型输出与实际数据之间的差异。
8.一种平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，用于水文和水力学模型，环境工程，水资源管理及防洪规划。
...【技术特征摘要】
1.一种平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，其特征在于，所述方法使用一组横断面数据，其中每个横断面由两个点的坐标定义，用于标定模型的空间参考；计算模型中每个节点相对于这些横断面的位置，将节点分类到不同的区域中；节点的分类基于节点坐标与横断面坐标的叉积计算得出，用于判断节点相对于横断面的空间位置。
2.根据权利要求1所述的平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，其特征在于，所述方法的步骤为：
3.根据权利要求1或2所述的平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，其特征在于，所述节点分类的具体步骤如下：
4.根据权利要求3所述的平面二维非结构网格水沙数学模型的糙率分区域自动率定方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：黄海，何嘉权，关见朝，王大宇，林佳奇，张磊，李琳琪，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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