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申请/专利权人：中国水利水电科学研究院

摘要：本发明涉及一种考虑高秆植被倒伏的水动力模拟方法，包括：数据收集；确定所研究植被在模型中的概化方式；建立基于浅水方程的水动力模型；直立植被发生倒伏模态判断；高秆植被内的洪水演进计算。本发明将植被阻力项通过源项的方式添加入浅水方程，并对植被阻力预测模型考虑高秆植被直立、倒伏两种模态变化的阻流差异进行分析，以流速及水深阈值确定植被的直立或倒伏的状态，之后反复迭代进行显格式时间推进，计算洪水在植被内演进的过程，实现了对河道高秆植被的阻力进行科学、精确的预测。

主权项：1.一种考虑高秆植被倒伏的水动力模拟方法，其特征在于，所述方法的步骤如下：步骤1，数据收集：收集研究区域的水文、地形、植物种类、植物分布的数据作为模型输入，设定初始条件、边界条件；步骤2，确定所研究植被在模型中的概化方式：确定植被中代表植物的参数，包括：植被高度、茎秆直径、植被密度；步骤3，建立基于浅水方程的水动力模型：基于二维浅水方程控制方程见下述公式：Ut+Fx+Gy＝SU＝[h,hu,hv]T S＝[0,Sx-fx,Sy-fy]T其中：U为守恒量；t为时间；Ut为U对时间t时刻的守恒量的时间偏导数；x、y为笛卡尔坐标系；u为x方向的水流流速；v为y方向的水流流速；F、G分别表示x、y方向的数值通量；Fx为x方向的数值通量；Gy为y方向的数值通量；S为地形源项；Sx为x方向的地形源项，x方向的植被的阻力作用fx；Sy为y方向的地形源项，y方向的植被的阻力作用fy；h为当前时刻的水深；g为重力加速度；T为矩阵转置符号；步骤4，直立植被发生倒伏模态判断：对全域基于水流条件判断部分植被是否有倒伏情况发生，植被处于直立状态时阻力计算： 其中：fx为植被对x方向的阻力；fy为植被对y方向的阻力；N为单位面积内植被数量；CD为植被群内拖曳力系数；bv为植被秆茎的直径；hv为植被秆茎高度；当流速与水深的乘积超过植被的倒伏阈值时，高秆发生倒伏，植被的阻水作用为直立状态的k1倍； 步骤5，高秆植被内的洪水演进计算：基于有限体积法离散控制方程，使用正方形网格离散计算区域，使用近似黎曼解计算网格通量，时间步长满足CFL条件，进行迭代计算： 其中：Ui,j为第i,j网格单元的守恒量；i、j分别表示网格单元编号或者边界在某一网格单元中的编号；Δt为时间步长；FE、FW、GN、GS分别是东、西、北和南界面的通量矢量；k为第k个时间步；Δx为时间步长Δt的x变化量；Δy为时间步长Δt的y变化量；步骤6，在每个时间步内，遍历所有网格进行步骤4和步骤5的计算后进行时间推进。在后续的时间步内都逐网格进行每个网格植被直立或倒伏的模态检测，更新阻力源项后进行时间步进计算。

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