于網(wǎng)格控制曲 線與河道的河勢線或主流線符合，從而確定河道縱向網(wǎng)格控制曲線為河勢擬合曲線。
[0017] 3.生成加密斷面的步驟:用于依據(jù)網(wǎng)格控制斷面間距，根據(jù)需要在相鄰斷面間增 加斷面?zhèn)€數(shù)，斷面走向垂直于河勢擬合曲線，斷面長度與河岸線的交點為河岸點。
[0018] 在網(wǎng)格控制斷面和河勢線基礎(chǔ)上，生成加密斷面。依據(jù)網(wǎng)格控制斷面間距，根據(jù)需 要在相鄰斷面間增加斷面?zhèn)€數(shù)，斷面走向垂直于河勢擬合曲線，斷面長度與河岸線的交點 為河岸點。在河流擬合線曲率變化較大的地方，可能存在加密斷面交叉的現(xiàn)象。為解決該問 題，利用一種基于角度的河道斷面移動循環(huán)平滑方法，平滑過程中，同時進行交叉性判斷， 直到整條河道沒有交叉斷面存在或者循環(huán)次數(shù)大于給定值為止。經(jīng)過基于角度的平滑處理 后，剖分斷面達到了平滑過渡的目標，對河道方向變化的各種情況都能很好地適應(yīng)，網(wǎng)格剖 分效果較為理想。
[0019] 4.對網(wǎng)格控制斷面和加密斷面處理的步驟:用于對控制斷面節(jié)點的加密，首先保 證控制斷面上的控制節(jié)點位置不變化，W便控制斷面的形狀，在此基礎(chǔ)上增加節(jié)點。
[0020] 針對網(wǎng)格控制斷面和加密斷面分別處理。對控制斷面節(jié)點的加密，首先保證控制 斷面上的控制節(jié)點位置不變化，W便控制斷面的形狀;然后在此基礎(chǔ)上增加節(jié)點。對于加密 斷面，可選擇利用等間距生成節(jié)點的形式生成斷面節(jié)點。由于每個斷面節(jié)點數(shù)相同，因此很 快地構(gòu)建出平面網(wǎng)格體系。
[0021] 5.插值生成網(wǎng)格節(jié)點高程的步驟:用于利用實測的河道數(shù)字高程數(shù)據(jù)，插值生成 網(wǎng)格節(jié)點高程值。
[0022] 利用實測的河道數(shù)字高程數(shù)據(jù)，插值生成網(wǎng)格節(jié)點高程。河道數(shù)字高程模型數(shù)據(jù) 精度高、數(shù)據(jù)量大，采用全局捜索插值效率低，而且不可能一次性將其調(diào)入內(nèi)存進行管理。 提出采用分塊插值和兩級存儲的模式對河道柵格數(shù)據(jù)進行處理。分塊插值可W滿足數(shù)據(jù)量 大、分塊多、讀取快的需求;兩級存儲的關(guān)鍵是建立一個索引文件存儲地形塊相關(guān)信息，如 DEM數(shù)據(jù)塊的ASCII格式的柵格數(shù)據(jù)文件名、數(shù)據(jù)范圍及存儲路徑等，并定義相應(yīng)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 存儲索引文件中每個數(shù)據(jù)塊的具體索引信息。對兩級存儲柵格地形塊的具體操作是:首先 打開索引文件，根據(jù)一定的要求讀取滿足條件的地形塊的索引信息;然后根據(jù)索引信息中 的地形塊的文件名和存儲路徑讀取相應(yīng)的地形柵格數(shù)據(jù)文件。在進行數(shù)據(jù)合理組織的基礎(chǔ) 上，根據(jù)斷面與河岸交點求交確定的兩端坐標，先確定斷面線與地形柵格數(shù)據(jù)文件的交點 的=維坐標，然后對斷面控制點重新進行采樣插值，W保證每個斷面的節(jié)點數(shù)相同。
[0023] 6.生成數(shù)字河道模型的步驟:用于將生成的具有明確拓撲關(guān)系的結(jié)構(gòu)型網(wǎng)格，通 過合理連接形成Ξ角形面集合，并設(shè)置光照效果、材質(zhì)屬性和紋理映射，生成數(shù)字河道模 型。
[0024] 上述步驟生成的網(wǎng)格節(jié)點的縱向和橫向網(wǎng)格節(jié)點數(shù)目相同，將生成的具有明確拓 撲關(guān)系的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為Ξ角形面集合，并設(shè)置光照效果、材質(zhì)屬性和紋理映射，生成數(shù)字 河道模型；生成的數(shù)字河道模型用公共條帶的方式，通過循環(huán)捜索自動完成與周圍虛擬流 域環(huán)境的嵌套形成整體的模型結(jié)構(gòu)。
[0025] 二、河道淹沒邊界捜索算法： 1.基于實時監(jiān)測的斷面水位數(shù)據(jù)獲取的步驟:利用河道沿線布設(shè)的水位測量設(shè)備，按 照一定的監(jiān)測頻率將水位數(shù)據(jù)傳送給河道淹沒邊界捜索模塊。
[0026] 為實現(xiàn)基于河道沿程水位的洪水水體的可視化仿真，必須將獲取的水位數(shù)據(jù)連續(xù) 不斷地的輸入給洪水淹沒邊界捜索模塊，特別是在發(fā)生特大洪水的情況下，必須快速的顯 示洪水演進狀態(tài)，才能為防洪減災(zāi)提供科學(xué)決策支持。實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)可W根據(jù)水位監(jiān)測 設(shè)備進行數(shù)據(jù)采集，包括人工采集和在線的自動采集，實時的反映洪水水位和流量變化。
[0027] 2.基于水文水動力模型的斷面水位數(shù)據(jù)獲取的步驟：用于使用河道一維水動力 學(xué)模型或河道水文模型描述水流演進，生成計算斷面水位數(shù)據(jù)。
[0028] 基于一維水動力學(xué)模型的河道水流演進的模擬與求解： 采用圣維南方程描述河道水流演進，其組成包括水流連續(xù)方程和動量方程如下所示： 水流連續(xù)方程：
式中：A是河道過水?dāng)嗝婷娣e;Q是流量;q=qsr-qsk，是單位長度區(qū)間匯流和出流量(mV V 1)，Qsr是入流量，Qsk是出流量;Z是水位;B是斷面寬度;X是距罔；t是時間；g是重力加速 度;R是斷面水力半徑;η是糖率系數(shù)。
[0029] 采用四點線性隱式差分格式對方程進行離散，離散后的方程用追趕法求解。此為 單一河道水庫，需要采用數(shù)學(xué)模型計算的結(jié)果給出上游和沿岸的流量過程、下游邊界給定 已知水位過程W及斷面形狀資料計算非恒定水流。
[0030] 基于水文模型的河道水流模擬與求解： 在水文模型中，常用馬斯京根方法模擬洪水演進。馬斯京根方法是圣維南方程在忽略 慣性項的前提下簡化為槽蓄方程，然后將其和水量平衡方程相結(jié)合，在第一、第二時段差分 并進行分解，可得流量演算方程式：
因此，對于一個河段，只要確定參數(shù)Κ、χ的值及選定演算時段At后，便可求出Co、Ci和 C2,根據(jù)上斷面流量過程及下斷面起始流量，計算出下斷面的流量過程。由于同一條河道的 馬斯京根參數(shù)不是唯一，而是隨著不同場次洪水的洪峰流量、流速、洪水總量等諸多因素而 動態(tài)變化，馬斯京根模型參數(shù)不應(yīng)只采用一場洪水或多場洪水估計的平均值，而是應(yīng)該進 行參數(shù)的實時動態(tài)估計，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等。
[0031] 插值生成斷面水位的步驟：用于相鄰實際測量斷面或相鄰計算斷面之間斷面所在 位置的水位的插值。待插值斷面水位計算方法分為基于實時監(jiān)測的斷面水位插值計算和基 于數(shù)值模擬(水文或水動力模型模擬）的斷面水位插值計算，但是兩種方法的計算原理一 致。就是利用已有監(jiān)測或計算的水位值的相鄰斷面，將相鄰斷面的水位值分別記為Zl和Z2， 兩斷面距離為AU待插值斷面距離上述兩個斷面的距離記為Δ ^和Δ L2,將待插值斷面的 水位記作Z，計算Z可W選擇插值模型，W線性插值模型為例說明：
確定河道淹沒線的步驟:用于首先將河道淹沒線的追蹤"拆分"為相鄰斷面之間淹沒線 段的追蹤，然后，將追蹤的所有斷面間的淹沒線段"組合"為河道的淹沒線，即為最終河道淹 沒線。追蹤樹狀河網(wǎng)和環(huán)狀河網(wǎng)漢點處的淹沒線時，需要根據(jù)兩種河網(wǎng)結(jié)構(gòu)的特點進行確 定淹沒線，對樹狀河網(wǎng)，在明確干、支流關(guān)系的基礎(chǔ)上，將支流匯入斷面淹沒點和位于干流 的上、下游斷面淹沒點形成的水面，與地形網(wǎng)格進行求交計算可W得到漢點處的淹沒線;對 環(huán)狀河網(wǎng)，不需要明確干、支流關(guān)系，由于在進行模型計算時，與同一漢點相連的河道斷面 的水位相等，因此采用"水平面"與地形網(wǎng)格求交得到漢點處的淹沒線。
[0032] 通過模型計算插值，可W計算出所有組成數(shù)字河道地形斷面處的水位，只要追蹤 出相鄰數(shù)字河道地形斷面的淹沒線段，就可W根據(jù)其連接關(guān)系及約定規(guī)則，將追蹤出的所 有淹沒線段進行連接，形成完整的淹沒線，簡稱為基于"分解-綜合"思路的河道淹沒線捜索 算法。
[0033] 河道淹沒邊界捜索算法： 河道淹沒邊界捜索W相鄰數(shù)字河道地形斷面的淹沒線追蹤為基礎(chǔ)，最后按照一定原則 將追蹤出的系列相鄰斷面的淹沒線進行拼接形成研究河段淹沒線集合，最終生成的淹沒線 或為實際封閉的淹沒線或虛擬的淹沒線。圖2為生成河勢貼體網(wǎng)格示意圖，W圖2中相鄰斷 面I和II為例說明相鄰斷面間淹沒線的追蹤方法，如圖3所示。圖3中虛線表示Ξ維數(shù)字河道 地形網(wǎng)格，相鄰斷面分別命名為斷面I和斷面II，運兩個斷面的平均水位通過水動力學(xué)模型 計算或依據(jù)模型計算結(jié)果插值或?qū)崪y數(shù)據(jù)得到。根據(jù)斷面的水位值W及斷面形狀，可W計 算得到水面與斷面I和斷面II左右岸的交點，即為河道斷面的淹沒點；假定河道斷面I和II 的水位分別為Zi和Ζπ，河道斷面I在水位Zi時的左右岸的淹沒點分別為S/和Si，河段斷面II 在Ζπ水位時的左右岸淹沒點分別為S3^和S5。按照水流運動的連續(xù)原理，若S/和S3^共處的 四邊形單元四個頂點不在同一平面上，且淹沒點沒有和單元頂點重合，在剖分四邊形單元 的對角線上必定存在連接S/和S3^的淹沒點；因此，不在同一四邊形單元上的Si和S5,不僅 在其所在的四邊形單元的對角線和邊上存在連接它們的淹沒點，而且在兩個節(jié)點所在單元 之間單元的對角線和邊上也存在連接它們的淹沒點。河道左岸斷面間淹沒點的追逐可W作 為河道右岸斷面間淹沒點追蹤的特例，因此僅對河道右岸斷面間淹沒點追蹤方法進行解 析。
[0034] 由圖3可知，連接Si和S5的斷面間的淹沒點有S2、S3、S4，淹沒線的追蹤的關(guān)鍵是確定 運些淹沒點的空間坐標。根據(jù)斷面I和II的水位和地形網(wǎng)格節(jié)點A、B、C的高程，判斷水面與 地形網(wǎng)格線的