(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211069226.8 (22)申请日 2022.09.02 (71)申请人 武汉大学 地址 430072 湖北省武汉市武昌区珞珈山 街道八一路2 99号 (72)发明人 陈泽宗　贺哲元　赵晨　 (74)专利代理 机构 武汉科皓知识产权代理事务 所(特殊普通 合伙) 42222 专利代理师 罗敏清 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/28(2020.01) G06F 17/12(2006.01) G01P 5/08(2006.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于河流表面流速的截面流速分布反演方 法 (57)摘要 本发明公开了一种基于河流表面流速的截 面流速分布反演方法， 包括： 对河流截面进行网 格化分割， 将各网格点分别划分为内区和外区； 计算外区涡流粘度并根据计算得到的外区涡流 粘度结合雷达测量的表面流速分布得到内区和 外区分界点处流速； 根据内区和外区分界点处流 速计算各内区网格点流速； 根据雷达测量的表面 流速分布以及内区和外区分界点处流速， 计算各 外区网格点流速； 将反演 的各内区网格点流速、 内区和外区分界点处流速、 外区网格点流速以及 雷达测量的表 面流速相组合得到截面流速分布。 本发明通过分析截面内区流速分布和外区流速 分布的差异和联系， 分别采用对数亏损律和RANS 方程反演内区流速分布和外区流速分布， 从而获 取河流截面的流速分布。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115526074 A 2022.12.27 CN 115526074 A 1.一种基于河流表面 流速的截面 流速分布反演方法， 其特 征在于， 包括如下步骤： 步骤1： 对河流截面进行网格化分割， 将各网格点分别划分为内区和外区； 步骤2： 计算外区涡流粘度并根据计算得到的外区涡流粘度结合雷达测量的表面流速 分布得到内区和外区分界点处流速； 步骤3： 根据步骤2得到的内区和外区分界点处流速计算各内区网格点 流速； 步骤4： 根据雷达测量的表面流速分布以及内区和外区分界点处流速， 计算各外区网格 点流速； 步骤5： 将反演的各内区网格点流速、 内区和外区分界点处流速、 外区网格点流速以及 雷达测量的表面 流速相组合得到截面 流速分布。 2.根据权利要求1所述的基于河流表面流速的截面流速分布反演方法， 其特征在于， 步 骤1中， 对河流截面进行网格化分割具体包括： 根据微波雷达测量的表面流速分布对应设置N根垂线， 其中， N为微波雷达测量的表面 流速点数， 结合设定的垂向距离分辨率对各垂线进行垂向等分， 使河流截面被划分为多个 离散的网格点， 按 各网格点距河床的垂 直距离划分为内区和外区， 其中， 靠近河床的网格点 被划分为内区， 远离河 床的网格点被划分为外区。 3.根据权利要求2所述的基于河流表面流速的截面流速分布反演方法， 其特征在于， 内 区和外区的划分满足如下关系： 式中， z为网格点距河床的垂直距离， z1为内区和外区分界点处的网格点距河床的垂直 距离， h为网格点所在垂线的水深。 4.根据权利要求1所述的基于河流表面流速的截面流速分布反演方法， 其特征在于， 步 骤2具体包括： 建立流向方向上的RANS方程表示如下： 式中， v为液体的运动粘滞系数， u为流向方向的流速， y和z分别表示侧向方向和垂向方 向， ε为涡流粘度， g为重力加速度， Sf表示河床坡降； 将上述RANS方程简化 为： 式中， εouter为外区涡流粘度， uouter表示外区流速， z为网格点距河 床的垂直距离； 将RANS方程沿垂向方向从外区的下边界z1积分到外区的上边界z2得到： 式中， 为剪切流速， uz2和uz1分别为上边界流速和下边界流速； 根据Prandtl混合长度理论， 内区涡流粘度 εinner为：权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115526074 A 2εinner＝κ zu*； 式中， κ 为karman常数， z为内区网格点距河 床的垂直距离； εouter和 εinner在内区和外区的分界点处即下边界处相同： 即得到外区涡流粘度为：outer＝κ z1u*； 将外区涡流粘度代入到上述将RANS方程中得到内区和外区分界点处流速： 式中， 为karman常数， h为网格点所在垂线的水深， 为剪切流速， g表示重 力加速度， sf表示河床坡降， uz1表示内区和外区分界点处的流速， uz2为外区上边界处的流 速， 即为该网格点的表面 流速， 从雷达测量的表面 流速分布中获得。 5.根据权利要求1所述的基于河流表面流速的截面流速分布反演方法， 其特征在于， 步 骤3中根据步骤2得到的内区和外区分 界点处流速使用对数亏损律计算内区网格点流速， 内 区网格点 流速计算公式如下： 式中， uinner表示距河床垂直距离为zinner的内区网格点流速， z1为内区和 外区分界点处 的网格点距河 床的垂直距离， uz1表示内区和外区分界点处流速 。 6.根据权利要求1所述的基于河流表面流速的截面流速分布反演方法， 其特征在于， 步 骤4中具体包括以下子步骤： 步骤4.1、 建立在外区流向方向上的RANS方程， 并采用有限差分法将其离散成各根垂线 上的各个外区网格点 流速对应的线性方程； 步骤4.2、 将每个外区内网格点流速转换成步骤4 ‑1中的线性方程， 所有线性方程形成 一个线性方程组， 对于线性方程组用矩阵A、 U、 C、 B分别对应表 示线性方程组中的系数、 外区 网格点流速、 各线性方程中包 含的外区边界流速项以及右侧项， 线性方程组表示 为： AU+C＝B； 步骤4‑3： 根据各垂线的表面流速、 内区和外区分界点处流速计算矩阵C中各元素的值， 进而对线性方程组进行求解， 获得所有外区网格点流速， 得到的外区网格点流速的计算公 式如下： U＝(B‑C)A‑1。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115526074 A 3