(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 202211005670.3 (22)申请日 2022.08.22 (71)申请人 中国地质调查局成 都地质调查中心 （西南地质科技创新中心） 地址 610000 四川省成 都市天府新区正兴 镇凉风顶村 3组303号10栋1层 (72)发明人 杨昶　铁永波　龚凌枫　 (74)专利代理 机构 成都知都云专利代理事务所 (普通合伙) 51306 专利代理师 赵正寅 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06Q 10/04(2012.01) G06Q 50/26(2012.01) G06F 113/08(2020.01)G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种基于多重网格法的泥石流交汇区模拟 方法及系统 (57)摘要 本发明提供一种基于多重网格法的泥石流 交汇区模拟方法及系统， 涉及 多相流模拟技术领 域。 本发明在已有的MAC法对泥石流交汇区模拟 的基础上， 引入多重网格技术， 加速求解过程， 模 拟结果可以很好地模拟泥石流与主流交汇的形 态和水位分布， 进而用于泥石流灾害防治领域。 通过多重网格技术， 使得该算法计算效率更高、 收敛更快， 更适用于大规模的网格计算求解， 相 比于传统的MAC求解技术， 对泥石流交汇区的模 拟更加高效、 耗时更短， 有益于大规模的网格计 算求解。 权利要求书4页 说明书13页 附图6页 CN 115169266 A 2022.10.11 CN 115169266 A 1.一种基于多重网格法的泥石流交汇区模拟方法， 其特征在于， 建立半交错网格， 所述 二维半交错网格包括若干离散点， 在半交错网格建立交汇 区动力学方程， 并通过若干标记 点对泥石流/主河流进行模拟； 在模拟时： 设置初始化参数， 并求解标记点在各时刻的位置 并迭代各参数的参数值， 从而得到泥 石流交汇区的模拟结果； 具体步骤步骤如下： 步骤S1参数初始化及赋值： 设置各初始化 参数， 并进行参数 赋值； 步骤S2网格的离散及构 建： 通过初始化参数和对应的参数赋值构建网格cell单元和标 记点， 构建 半交错网格， 并设置边界条件； 步骤S3时间推进过程及迭代： 根据初始化参数并进行时间推进， 在推进过程采用迭代 的方法， 当迭代收敛在相对误差内， 即输出下一时刻的标记 点位置和参数值； 将下一时刻的 标记点位置和参数值用于迭代时间推进过程， 得到各时刻的标记点位置和参数值； 其中， 所 述时间推进过程包括中间速度的计算、 密度和粘度的迭代和压力泊松方程 求解； 步骤S4后处理显示图像： 获取标记点位置和参数值， 并按照用户设置的显示设置对标 记点位置和参数值进行后处 理， 得到后处 理显示图像， 完成泥 石流交汇区的模拟。 2.根据权利要求1所述的一种基于多重网格法的泥石流交汇区模拟方法， 其特征在于， 所述初始化参数包括交汇区模拟参数和 后处理显示参数； 所述交汇区模拟参数用于 设置泥 石流交汇 区模拟所需的各初始化参数， 包括网格加密系数、 主河长度、 主河宽度、 泥石流宽 度、 主河横向初始速度、 主河纵向初始速度、 泥石流横向初始速度、 泥石流 纵向初始速度、 主 河初始密度、 泥石流初始密度、 主河初始粘度、 泥石流初始粘度和河床底部摩擦系 数； 所述 后处理显示参数用于 设置用户的显示设置， 包括泥石流标记外轮廓线参数、 实时云图参数、 后处理显示参数和后处 理显示变量 参数。 3.根据权利要求2所述的一种基于多重网格法的泥石流交汇区模拟方法， 其特征在于， 所述半交错网格的边界由主河流入边界、 主河流出边界、 河岸固壁边界和泥石流流入边界 组成； 所述二维半交错网格由若干网格cell单元组成， 并通过二维坐标轴对各标记点进行标 号； 所述网格cell单元的左侧离散点存储速度u的标号为(i ‑1/2,j)， 所述网格cell单元离 散点存储右侧速度u的标号为(i+1/2,j)， 所述网格cell单元离散点存储的上侧速度v的标 号为(i,j ‑1/2)， 所述网格cell单元离散点存储的下侧速度v的标号为(i,j+1/2)， 所述网格 中心离散点存储的标号为(i,j)； 所述主河横向初始速度和主河纵向初始速度存储在主河 流入边界的cell边界中心离散点上； 所述泥石流横向初始速度和泥石流 纵向初始速度存储 在泥石流流入边界的cel l边界中心离 散点上。 4.根据权利要求3所述的一种基于多重网格法的泥石流交汇区模拟方法， 其特征在于， 所述主河流入边界与主河流出边界采用固定边界条件， 所述河岸固壁边界采用滑移 边界条 件， 所述泥石流流入边界的中间流入区域采用固定边界条件， 两侧 边缘区域采用滑移边界 条件。 5.根据权利要求3所述的一种基于多重网格法的泥石流交汇区模拟方法， 其特征在于， 所述时间推进过程 通过如下步骤 迭代进行： 步骤A1计算当前时刻n对应 的参数 和 并读取当前时刻的流体密度和流体 粘度；权　利　要　求　书 1/4 页 2 CN 115169266 A 2步骤A2： 根据步骤A1得到的参数， 进一 步采用多重网格技 术进行迭代求 解压力场； 步骤A3： 根据压力场， 按照预设公式计算中间步速度， 其中， 中间步速度包括中间步横 向速度 和中间步纵向速度 步骤A4： 根据中间步速度计算dt时间内标记点的运动位置， 并更新标记点在半交错网 格中的分布； 步骤A5： 根据标记点在半交错网格中的分布， 更新各 标记点的流体密度和流体粘度； 步骤A6： 重复步骤A2至步骤A5， 直至每个 网格cell单元中标记点的密度变化极小， 并将 当前的流体密度和流体粘度的值设置为下一时刻n +1的迭代初始 值； 其中， 极小变化通过密 度变化量是否小于预设 极小值进行判断； 步骤A7： 重复步骤A1至步骤A6， 进一 步迭代得到各时刻的标记点 位置和参数值。 6.根据权利要求5所述的一种基于多重网格法的泥石流交汇区模拟方法， 其特征在于， 当前时刻n对应的参数 和 通过如下公式1计算： 其中， 上标代表参数所在时刻， 下标代表参数所在二维半交错网格位置的标号， ρ代表 对应时刻、 对应位置的流体密度， u表示对应时刻、 对应位置的流体横向速度， v表示对应时 刻、 对应位置的流体纵向速度， Vis表示粘性项在x/y方向的离 散格式。 7.根据权利要求6所述的一种基于多重网格法的泥石流交汇区模拟方法， 其特征在于， 所述压力场通过如下公式2进行迭代求 解： 其中， 上标代表参数所在时刻， 下标代表参数所在二维半交错网格位置的标号， 表示 收敛判断因子， 每一时刻的参数 和 均通过上一时刻的结果进 行求解； ρ 代表对应 时刻、 对应位置的流体密度； P代 表对应时刻、 对应位置的流体压强； 所述压力场表达式通过V循环的多重网格法求 解， 步骤如下： 步骤B1预光滑： 将公式2进行改写得到公式3， 所述公式3为： 其中， n时刻的 在每个网格点 的值已知， 以及每一时刻、 各网格点的 通过公式2计 算得到， 需通过将 代入公式3进行迭代， 得到下一时刻的压力 将公式3左侧用系数矩阵Ah和压力P的解矩阵uh的乘积表示， 右侧用fh矩阵表示， 得到公 式4：权　利　要　求　书 2/4 页 3 CN 115169266 A 3