CN103853934A - 一种河网模型计算的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种河网模型计算的方法和系统，其基于水力学原理对河道的水流运动进行数值模拟分析，从而对河流的水情得以准确的掌握和预报。具有运算速度快，支持类型多等优点。

Description

一种河网模型计算的方法和系统

技术领域

本发明涉及河网模型计算领域。

背景技术

现有的水位模拟计算软件，包括英国ISIS商业软件平台，都存在着不能够计算几何上任意复杂的河网结构，包括任意内部环状回路的拓扑连接在内、不能反映感潮河段与环状河道内的往复流、不能够很好地处理干床和干湿交替的情况、不能够处理拦河闸门、对基础数据的容错能力较差，不可处理随意断面形状、稳定性与速度较差、扩充性较差等问题。

这造成需要建设河边建筑以及河面设施的建筑商无法模拟自己将要建设的设施在任意实际河流周边存在时，这些建筑设施与相应河道的水位边界、水位流量之间的关系，并通过多次模拟，分析出在什么位置进行施工能达到施工阻力最小，受河流运动影响最小，受河流运动造成的侵害腐蚀最小，受极端河流情况造成损害最小的效果，因此无法科学准确的分析任意河流周边工程建筑的可行性并规划最合理的建筑位置。

发明内容

鉴于现有技术中存在的种种问题和不足，本发明提供一种河网模型计算的方法，该方法中运用到了连续方程变换、圣维南方程结合有限差分法、基于计算机图论的网状拓扑运算，其特征在于，依次包括以下步骤：

A.确定该方法所能处理的对象；

B.设定用于计算的方程；

C.设定解所述方程的方法；

D.计算模拟水位数据；

E.选择相应的数据结构；

F.选择相应的存储结构存储结果。

优选的是，步骤A中所述对象包括河道外的水体和降雨边界；河道内的断面、横断闸、侧向闸门、侧向入流、排水口、取水口、流量边界、水位边界、水位流量关系、自流边界、潮位边界、水文边界、水库边界、增强的水位流量关系边界。

进一步优选的是，所述自然边界是基于边界处为某比降的均匀流的设定进行计算，其流量计算采用曼宁公式。

进一步优选的是，所述潮位边界通过设定潮水的关键参数而直接自动算出潮位线供计算使用。

进一步优选的是，所述水文边界是通过给定面积、下渗、雨强等参数后，通过简化的水文计算给出边界处的大概流量。

进一步优选的是，所述水库边界是通过设定工程参数和水库调度规则后，模型自动估算下泄流量以纳入计算。

进一步优选的是，步骤C中所述方法采用显格式算法。

进一步优选的是，步骤C中所述方法中的连续方程积分变换采用LAX格式的积分形式，对流量和水位变量采取在断面上布置流量断面中间布置水位的方式，通过差分法求得流量后，采用有限体积法对连续方程进行处理求解水位。

进一步优选的是，步骤D中所述计算模拟水位数据是通过融合了所述对圣维南方程结合有限差分法与有限体积法的半隐式数值求解以及所述基于计算机图论的网状拓扑运算进行计算的。

进一步优选的是，步骤E中所述的数据结构选用图。

进一步优选的是，步骤F中所述的存储结构采用邻接链表。

本发明还提供一种河网模型计算的系统，该方法中运用到了连续方程变换、圣维南方程结合有限差分法、基于计算机图论的网状拓扑运算，其特征在于，包括以下模块：

模块a，确定该方法所能处理的对象；

模块b，设定用于计算的方程；

模块c，设定解所述方程的方法；

模块d，计算模拟水位数据；

模块e，选择相应的数据结构；

模块f，选择相应的存储结构存储结果。

优选的是，模块a中所述对象包括河道外的水体和降雨边界；河道内的断面、横断闸、侧向闸门、侧向入流、排水口、取水口、流量边界、水位边界、水位流量关系、自流边界、潮位边界、水文边界、水库边界、增强的水位流量关系边界。

进一步优选的是，所述自然边界是基于边界处为某比降的均匀流的设定进行计算，其流量计算采用曼宁公式。

进一步优选的是，所述潮位边界通过设定潮水的关键参数而直接自动算出潮位线供计算使用。

进一步优选的是，所述水文边界是通过给定面积、下渗、雨强等参数后，通过简化的水文计算给出边界处的大概流量。

进一步优选的是，所述水库边界是通过设定工程参数和水库调度规则后，模型自动估算下泄流量以纳入计算。

进一步优选的是，模块c中所述方法采用显格式算法。

进一步优选的是，模块c中所述方法中的连续方程积分变换采用LAX格式的积分形式，对流量和水位变量采取在断面上布置流量断面中间布置水位的方式，通过差分法求得流量后，采用有限体积法对连续方程进行处理求解水位。

进一步优选的是，模块d中所述计算模拟水位数据是通过融合了对所述圣维南方程结合有限差分法与有限体积法的半隐式数值求解以及所述基于计算机图论的网状拓扑运算进行计算的。

进一步优选的是，模块e中所述的数据结构选用图。

进一步优选的是，模块f中所述的存储结构采用邻接链表。

本发明具有以下优点：

能够计算几何上任意复杂的河网结构，包括任意内部环状回路的拓扑连接在内，这很大程度上提升了其应用面；

能反映感潮河段与环状河道内的往复流，这增强了本模型在沿江、沿海区域与平原地区的应用性；

能够很好地处理干床和干湿交替的情况，无需采取任何额外的处理措施（诸如隐格式里的窄缝法），这在河道水利与防洪设施比较复杂或河网不同河段的河底高程相差较大的情况下，对数模计算程序是一项比较重要的考量因素；

能够处理拦河闸门，不必要将横断闸门单独放置到一个河段中，并且同一河段中有多个闸门也能顺利计算；

对基础数据的容错能力较强，可处理随意断面形状，即使断面描述数据点的横坐标值不保持递增或者内部出现交叉都能很好处理；

稳定性与速度较好，完成全太湖流域河网（共计905个河段，768个节点，249个边界条件，4776个河道断面，109个横断闸门，1个河道外水体）3个月洪水期的计算在普通PC上运行只需要大约30分钟，比现在流行的英国ISIS商业软件平台快；

扩充性较好。模型编写时对此进行了充分考虑，其可维护性与扩充性都比较好，后续添加支持的计算对象类型比较容易实现。

附图说明

图1为按照本发明一种河网模型计算的方法和系统的一具体实施例的支持对象示意图；

图2为图1所示实施例的基本方程离散示意图；

图3为图1所示实施例的隐格式干床处理窄缝法；

图4为图1所示实施例的隐格式河道处理法；

图5为图1所示实施例的显格式加权平均示意图；

图6为图1所示实施例的显格式变量分布示意图；

图7为图1所示实施例的显格式计算方法示意图；

图8为图1所示实施例的数据结构示意图；

图9为图1所示实施例的树形结构示意图；

图10为图1所示实施例的有向图示意图；

图11为图1所示实施例的邻接链表示意图；

图12为图1所示实施例的无向图和其连接链表示意图；

图13为图1所示实施例的结构图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图对按照本发明一种河网模型计算的方法和系统的一实施例进行详细说明。

本实施例的核心功能是基于水力学原理对河道的水流运动进行数值模拟分析，从而对河流的水情得以准确的掌握和预报。通过本实施例在实际生活中的运用，即使是在流域的复杂水力环境下，本实施例也能根据区域内的降雨边界、河道内的断面、横断闸、侧向闸门、侧向入流、排水口、取水口、流量边界、水位边界、水位流量关系等条件，准确快速的计算模拟出不同断面的水位、流量过程。

其主要用途有：

1、河道洪水预报与调度；

实现在确定性的地形条件下，针对实测降雨过程、提前预报或预估可能发生的降雨过程，可以模拟未来可能发生的洪水过程，增加洪水的预见期，提前作好防洪准备工作。实现在面临实时水雨工情条件下，通过对水库、闸门、泵站等种种防洪控制性工程的综合应用，模拟计算调度对河道洪水过程的影响，可以制定出一个准确高效的防洪策略，总而为河道及周边的安全提供了保障。

2、水利工程建设规划

具备对气候变化、海平面上升与快速城镇化背景下流域洪水风险演变情景量化分析的能力，对流域中现行治水方略的长远有效性进行分析与评价，围绕抑制与减轻流域水灾风险与支撑可持续发展的目标，从健全防洪体系、增强对气候变化的适应与承受能力等方面提出流域治水方略调整的对策建议。

3、洪水影响评价；

通过本实施例在实际生活中的运用，需要建设河边建筑以及河面设施的建筑商可以模拟自己需要建设的设施在实际河流周边存在时，这些建筑设施与相应河道的水位边界、水位流量之间的关系，通过多次模拟，可以清晰的看出在什么位置进行施工能达到施工阻力最小，受河流运动影响最小，受河流运动造成的侵害腐蚀最小，受极端河流情况造成损害最小的效果，从而可以科学准确的分析河流周边工程建筑的可行性并规划最合理的建筑位置。

4、洪水风险图制作以及洪水保险费率制定。

通过本实施例在实际生活中的运用，需要建设河边建筑以及河面设施的建筑商可以模拟自己需要建设的设施在实际河流周边存在时，河道内外各种因素之间的关系，从而能够形象具体的展现所研究河道可能会出现的种种情况。根据模拟出来的结果，可以分析各种情况下河道有可能发生洪水等极端情况的规模，概率等等，从而能够做出相应的风险评价，制定出相应的风险图，并根据计算结果和洪水风险图制定合理的洪水保险率。

本实施例所支持的模拟对象包括：河道外的水体和降雨边界；河道内的断面、横断闸、侧向闸门、侧向入流、排水口、取水口、流量边界、水位边界、水位流量关系等，如图1所示。

本实施例经过实际项目应用的检验，证明其具备较好的稳定性、速度与适应能力。相对于国内同类软件拥有如下优势：

能够计算几何上任意复杂的河网结构，包括任意内部环状回路的拓扑连接在内，这很大程度上提升了其应用面；

能反映感潮河段与环状河道内的往复流，这增强了本实施例在沿江、沿海区域与平原地区的应用性；

能够很好地处理干床和干湿交替的情况，无需采取任何额外的处理措施（诸如隐格式里的窄缝法），这在河道水利与防洪设施比较复杂或河网不同河段的河底高程相差较大的情况下，对数模计算程序是一项比较重要的考量因素；

能够处理拦河闸门，不必要将横断闸门单独放置到一个河段中，并且同一河段中有多个闸门也能顺利计算；

对基础数据的容错能力较强，可处理随意断面形状，即使断面描述数据点的横坐标值不保持递增或者内部出现交叉都能很好处理；

稳定性与速度较好，完成全太湖流域河网（共计905个河段，768个节点，249个边界条件，4776个河道断面，109个横断闸门，1个河道外水体）3个月洪水期的计算在普通PC上运行只需要大约30分钟，比现在流行的英国ISIS商业软件平台快；

扩充性较好。本实施例编写时对此进行了充分考虑，其可维护性与扩充性都比较好，后续添加支持的计算对象类型比较容易实现。

本实施例可以用于完成大部分情况下（网状拓扑、感潮河道、往复流、拦河闸、干床、旁侧入流、大型水面）的河网洪水演进模拟，这使得模型具备了较大的应用面。为了模型在河道工程设施复杂区域以及下游边界无资料地区更好完成小范围的精细计算，本实施例还添加乐对下述5种对象的支持：

自流边界。基于边界处为某比降的均匀流的设定进行计算。流量计算采用曼宁公式；

$Q=\frac{A{R}^{\frac{1}{6}}\sqrt{\mathrm{Ri}}}{n}---\left(1\right)$

其中：Q为流量；A为过水面积；R为湿周；i为比降；n为糙率。

比降可以采用下面几种设定方式：

设定其等于边界附近的河道底部坡降，在这种方式下，比降为固定值；

设定其等于边界附近的水面坡降，在这种方式下，其值等于在当前时间步长下计算得到的边界附近的水面坡降，为随着计算时间推进而持续变化的值；

设定其等于用户指定的固定数值；

设定其数值变化符合用户指定的数值－时间序列过程线；

设定其数值大小满足临界流条件（也就是流动的佛洛德数等于1）。

$\mathrm{Fr}=\sqrt{\frac{b}{g}}\frac{Q}{A^{3/2}}=\±1---\left(2\right)$

其中：b为水面宽度；g为重力加速度；Q为流量；A为过水面积。

潮位边界。通过设定潮水的关键参数（潮型、潮差等）而直接自动算出潮位线供计算使用；

水文边界。给定面积、下渗、雨强等参数后，通过简化的水文计算给出边界处的大概流量；

水库边界。设定工程参数和水库调度规则（由指定语法表达）后，模型自动估算下泄流量以纳入计算；

增强的水位流量关系边界。现阶段的水位流量关系边界只支持幂函数形式的表达，也就是Q=a(z-c)^b的模式，改进后的水位流量关系边界将支持多种关系形式，包括：

多项式拟合。如Q=a₁(z-b₁)^c1+a₂(z-b₂)^c2+...；

$\left\{\begin{array}{cc}Q=f_1\left(z\right)& z<...\\ Q=f_2\left(z\right)& z<...\\ Q=f_3\left(z\right)& z<...\\ ...& \end{array}\right.$

分段函数拟合。如

流量-水位对应数据列表，也就是较随意的对应关系（但必须保证一个水位值只对应一个流量值）。

另外，现阶段正在进行工程调度规则的语言表达与解释执行，即将可以通过类似于下面形式的语法实施工程控制：

IF(某处水位或流量>某值)THEN

闸门开度=某值

ELSE

闸门开度=原值+增量

ENDIF

本实施例融合了对圣维南方程结合有限差分法与有限体积法的半隐式数值求解以及基于计算机图论的网状拓扑运算。

本实施例中基本方程包括

连续方程：

$\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;t}+\frac{\&PartialD;Q}{\&PartialD;x}=q---\left(3\right)$

动量方程：

$\frac{\&PartialD;Q}{\&PartialD;t}+\frac{\&PartialD;}{\&PartialD;x}\left(\mathrm{\&alpha;}\frac{Q^2}{A}\right)+\mathrm{gA}\left(\frac{\&PartialD;y}{\&PartialD;x}\right)+\mathrm{ga}{\mathrm{AS}}_f-u\&CenterDot;q=0---\left(4\right)$

式中：A为河道过水面积；Q为流量；u为侧向来流在河道方向的流速；t为时间；x为沿水流方向的水平坐标；q为河道的侧向来流量；α为动量修正系数；g为重力加速度；y为水位；Sf为摩阻坡降。

如图2所示为对基本方程在时间与空间上进行离散：

河网水力学计算比较常见的有四点普林斯曼隐格式，但是隐格式有3个较大的弱点：

求解复杂，导致处理边界条件以及添加水利工程时都比较麻烦

隐格式在最后是通过建立系数矩阵求解，在河道干床的情况下系数矩阵就会出问题，导致干床情况下数值计算无法保持稳定，需要通过窄缝法等变通方法进行近似处理，如图4所示为隐格式干床处理窄缝法。对于河网异常复杂的流域，干床的情况并非不可能，所以隐格式难以完全适应。

隐格式的系数矩阵在建立过程中，各个断面的系数都会互相传递影响，而河道上的横断闸门会切断这种联系，所以导致隐格式算法不能很好处理河道横断闸，必须将横断闸隔离放在一个单独河段中来处理（著名商用软件ISIS也是这样）。即使河道在横断闸处并未分岔，仍是一个连续的单河段也必须这样，如图5所示为隐格式处理河道横断闸，这导致了模型无法很好的按照实际情况反映河网，也带来了包括拓扑表达以及系数矩阵建立联解时的很多不必要的计算开销。在太湖流域，河道上的横断闸随处可见，这对于隐格式是一个很大的麻烦。

鉴于隐格式有上述3个明显的弱点，对于太湖流域的河道具体情况不是很适用，本实施例不予选用，转而选择了显格式来编制河网模型。显格式算法具有模型编制简洁、程序易读、易于修改等优点，虽然受制于显格式计算收敛条件的约束，时间步长不能设置太大，相对于隐格式来说模型计算时间较长，但这一点在计算机硬件日新月异飞速发展的今天，已经不成其为太大的问题。

以Y表达水位(z)或者流量(Q)等待求量，Ymn代表n时层m断面的函数值，则Y对时间的偏微商表示为：

$\frac{\&PartialD;Y}{\&PartialD;t}\&ap;\frac{Y_m^{n+1}-[\mathrm{\&alpha;}{Y}_m^n+\frac{1-\mathrm{\&alpha;}}{2}(Y_{m+1}^n+Y_{m-1}^n)}{\mathrm{\&Delta;t}}---\left(5\right)$

其中：如图6所示，是已知时间层上相邻3点的加权平均；α为加权系数，取值0.1。

Y对距离的偏微商表示为中心偏差商：

$\frac{\&PartialD;Y}{\&PartialD;s}\&ap;\frac{Y_{m+1}^n-Y_{m-1}^n}{\mathrm{\&Delta;}{s}_1+\mathrm{\&Delta;}{s}_2}---\left(6\right)$

将上述各项代入式(2.2)整理可得：

$\begin{array}{c}{Q}_m^{n+1}=\mathrm{\&alpha;}{Q}_m^n+\frac{(1-\mathrm{\&alpha;})}{2}(Q_{m+1}^n+Q_{m-1}^n)-{\left(\frac{Q}{A}\right)}_m^n\frac{\mathrm{\&Delta;t}}{\mathrm{\&Delta;s}}(Q_{m+1}^n-Q_{m-1}^n)\\ -\mathrm{gA}\frac{\mathrm{\&Delta;t}}{2\mathrm{\&Delta;s}}(z_{m+1}^n-z_{m-1}^n)+{\left(\frac{Q^2}{A^2}\right)}_m^n\frac{\mathrm{\&Delta;t}}{2\mathrm{\&Delta;s}}(A_{m+1}^n-A_{m-1}^n)-\mathrm{g\&Delta;t}{\left(\frac{\left|Q\right|Q}{{\mathrm{AC}}^{2}R}\right)}_m^n\end{array}---\left(7\right)$

根据库朗条件可推导其稳定条件为：

$\mathrm{\&Delta;t}\&le;\frac{\mathrm{\&Delta;s}}{{|v\&PlusMinus;g\sqrt{\frac{A}{B}}|}_{\max }}---\left(8\right)$

本实施例中的连续方程积分变换采用的LAX格式的积分形式。

如图7所示为本实施例中对流量和水位变量采取在断面上布置流量断面中间布置水位的方式，通过差分法求得流量后，采用有限体积法对连续方程进行处理求解水位，物理意义清晰明了。

将式(2.1)对断面间的控制体进行积分可得：

${\&Integral;}_x(\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;t}+\frac{\&PartialD;Q}{\&PartialD;x})\mathrm{dx}={\&Integral;}_x\mathrm{qdx}---\left(9\right)$

上式化简为：

${\&Integral;}_x\frac{\&PartialD;A}{\&PartialD;t}\mathrm{dx}+\mathrm{\&Delta;Q}={\&Integral;}_x\mathrm{qdx}---\left(10\right)$

离散化为：

$\frac{\mathrm{\&Delta;A}}{\mathrm{\&Delta;t}}x+\mathrm{\&Delta;Q}=\mathrm{qx}---\left(11\right)$

上式的?A可写作：

$\mathrm{\&Delta;A}=\frac{A_m^{n+1}+A_{m+1}^{n+1}}{2}-\frac{A_m^n+A_{m+1}^n}{2}---\left(12\right)$

这样结合断面的具体形状数据即可求得各个Z值的变化量，也就得到了下一个时间步长的各个水位值。

求解的顺序如图8所示。

复杂网状拓扑的描述方法

用什么样的逻辑去组织对象，也就是选用什么样的数据结构去描述河网，是对于模型来说至关重要的问题，这会影响到模型的如下3个方面：

是否能够胜任对象的计算。如果数据结构过于简单而对象比较复杂，则无法如实的反映。

计算效率高低。河网数值计算过程中必定涉及到每个时间步长对所有对象的完整遍历分析，数据结构选用的合适与否直接影响遍历的效率。这种每个步长计算都进行的操作，即使执行速度有轻微的变化，通过数量巨大的步长数所累积起来，对模型的执行效率和运算耗时就有很大的影响。

模型的拓展性好坏。太湖流域处于社会经济高速发展的时期，无论是地面河网形态结构还是水利工程设施包括地表水体都始终处于变化的状态，数据结构如果选用不当，则可能无法如实反映这些变化或是难于实现所需的修改。

如图9为数据结构种类：

数据结构总体上分为线性与非线性两大类：

线性数据结构包括表、栈、队列、串几种。线性结构是研究数据元素之间的一对一关系。在这种结构中，除第一个和最后一个元素外，任何一个元素都有唯一的一个直接前驱和直接后继。

非线性数据结构中包括树与图两种。树结构是研究数据元素之间的一对多的关系。在这种结构中，每个元素对下(层)可以有0个或多个元素相联系，对上(层)只有唯一的一个元素相关，数据元素之间有明显的层次关系。图(Graph)是一种比线性表和树更为复杂的数据结构。图结构是研究数据元素之间的多对多的关系。在这种结构中，任意两个元素之间可能存在关系。即结点之间的关系可以是任意的，图中任意元素之间都可能相关。

数据结构选择

流域水系十分复杂，平原河道形成网格，槽内水流流向往复不定，上游下游难以界定区分。

如此复杂的拓扑关系，线性数据结构完全不可能进行描述。在非线性数据结构中，树型结构是以分支关系定义的层次结构，被现阶段的大量河网模型所采用。其立足于层次化的逐级归属关系来描述对象，如图10所示。

树型结构可以很好适应河道地形坡降较大的情况，从上游边界站点向下逐级描述支流、主干直至下游边界站点。但是这完全无法适应太湖流域的情况，太湖河网平均坡降在万分之一到万分之二之间，局部地区更是低至十万分之几；河网的北、东、南3个方向很大一部分都属于平原感潮河道，受沿江、沿海潮汐影响以及降雨时空分布影响，往复流动，不分上下游，难定主支流，且存在大量的环形回路。所以树形结构的首末之分、层级归属前提都不成立，不能用来描述太湖流域河网。

在上述数据结构都不能胜任的情况下，只有采用图结构来描述太湖河网。图是最为复杂的数据结构，但也是描述能力最为强大的，可实现任意广度、任意深度、任意复杂度的关系描述。

图（Graph）是一种非线性数据结构，图中的每个元素既可有多个直接前驱，也可有多个直接后继。一个图(G)定义为一个偶对(V,E)，记为G=(V,E)。其中：V是顶点(Vertex)的非空有限集合，记为V(G)；E是无序集V&V的一个子集，记为E(G)，其元素是图的弧(Arc)。

将顶点集合为空的图称为空图。其形式化定义为：

G=(V，E)

V={v|v　dataobject}

E={<v,w>|v,w　V∧p(v,w)}

其中P(v,w)表示从顶点v到顶点w有一条直接通路。

弧(Arc)：表示两个顶点v和w之间存在一个关系，用顶点偶对<v,w>表示。通常根据图的顶点偶对将图分为有向图和无向图。

有向图(Digraph)：若图G的关系集合E(G)中，顶点偶对<v,w>的v和w之间是有序的，称图G是有向图。

在有向图中，若<v,w>　E(G)，表示从顶点v到顶点w有一条弧。其中：v称为弧尾(tail)或始点(initialnode)，w称为弧头(head)或终点(terminalnode)。

如图11所示为一有向图示例，有向图G1可以表达如下：

G1=(V1，E1)

V1={a,b,c,d,e}

E1={<a,b>,<a,c>,<a,e>,<c,d>,<c,e>,<d,a>,<d,b>,<e,d>}

图的存储结构比较复杂，其复杂性主要表现在：

任意顶点之间可能存在联系，无法以数据元素在存储区中的物理位置来表示元素之间的关系。

图中顶点的度不一样，有的可能相差很大，若按度数最大的顶点设计结构，则会浪费很多存储单元，反之按每个顶点自己的度设计不同的结构，又会影响操作。

图的常用的存储结构有：邻接矩阵、邻接链表、十字链表、邻接多重表和边表。对于满足条件E<N*㏒N的图称为稀疏图，而稀疏图最适合的存储结构就是邻接链表法，复杂流域河网的特点完全满足这个条件。

其基本思想为对图的每个顶点建立一个单链表，存储该顶点所有邻接顶点及其相关信息如图12所示，每一个单链表设一个表头结点，第i个单链表表示依附于顶点Vi的边（对有向图是以顶点Vi为头或尾的弧）。链表中的结点称为表结点，每个结点由3个域组成。其中邻接点域(adjvex)指示与顶点Vi邻接的顶点在图中的位置(顶点编号)，链域(nextarc)指向下一个与顶点Vi邻接的表结点，数据域(info)存储和边或弧相关的信息。每个链表设一个表头结点(称为顶点结点)，由两个域组成。链域(firstarc)指向链表中的第一个结点，而数据域(data)则存储顶点名或其它的信息。

如图13所示为在图的邻接链表表示中，所有顶点结点用一个向量以顺序结构形式存储，可以随机访问任意顶点的链表，该向量称为表头向量，向量的下标指示顶点的序号。

邻接链表法的特点是：

表头向量中每个分量就是一个单链表的头结点，分量个数就是图中的顶点数目；

在边或弧稀疏的条件下，用邻接表表示比用邻接矩阵表示节省存储空间；

在无向图，顶点Vi的度是第i个链表的结点数；

对有向图可以建立正邻接表或逆邻接表。正邻接表是以顶点Vi为出度(即为弧的起点)而建立的邻接表；逆邻接表是以顶点Vi为入度(即为弧的终点)而建立的邻接表；

在有向图中，第i个链表中的结点数是顶点Vi的出(或入)度；求入(或出)度，须遍历整个邻接表；

在邻接表上容易找出任一顶点的第一个邻接点和下一个邻接点。

Claims (10)

1.一种河网模型计算的方法，该方法中运用到了连续方程变换、圣维南方程结合有限差分法、基于计算机图论的网状拓扑运算，其特征在于，该方法依次包括以下步骤：

确定该方法所能处理的对象；

设定用于计算的方程；

设定解所述方程的方法；

计算模拟水位数据；

选择相应的数据结构；

选择相应的存储结构存储结果。

2.如权利要求1所述的河网模型计算方法，其特征在于，步骤A中所述对象包括河道外的水体和降雨边界；河道内的断面、横断闸、侧向闸门、侧向入流、排水口、取水口、流量边界、水位边界、水位流量关系、自流边界、潮位边界、水文边界、水库边界、增强的水位流量关系边界。

3.如权利要求2所述的河网模型计算方法，其特征在于，所述自然边界是基于边界处为某比降的均匀流的设定进行计算，其流量计算采用曼宁公式。

4.如权利要求3所述的河网模型计算方法，其特征在于，所述潮位边界通过设定潮水的关键参数而直接自动算出潮位线供计算使用。

5.如权利要求4所述的河网模型计算方法，其特征在于，所述水文边界是通过给定面积、下渗、雨强等参数后，通过简化的水文计算给出边界处的大概流量。

6. 一种河网模型计算的系统，该系统中包含了连续方程变换、圣维南方程结合有限差分法、基于计算机图论的网状拓扑运算，其特征在于，其特征在于，该系统包括以下模块：

模块a，确定该方法所能处理的对象；

模块b，设定用于计算的方程；

模块c，设定解所述方程的方法；

模块d，计算模拟水位数据；

模块e，选择相应的数据结构；

模块f，选择相应的存储结构存储结果。

7.如权利要求6所述的河网模型计算系统，其特征在于，模块a中所述对象包括河道外的水体和降雨边界；河道内的断面、横断闸、侧向闸门、侧向入流、排水口、取水口、流量边界、水位边界、水位流量关系、自流边界、潮位边界、水文边界、水库边界、增强的水位流量关系边界。

8.如权利要求7所述的河网模型计算系统，其特征在于，所述自然边界是基于边界处为某比降的均匀流的设定进行计算，其流量计算采用曼宁公式。

9.如权利要求8所述的河网模型计算系统，其特征在于，所述潮位边界通过设定潮水的关键参数而直接自动算出潮位线供计算使用。

10.如权利要求9所述的河网模型计算系统，其特征在于，所述水文边界是通过给定面积、下渗、雨强等参数后，通过简化的水文计算给出边界处的大概流量。

Images