CN109190261A - 一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，包括：建立一维河网模型、汇流型单元模型、全流域河网耦合模型和二维浅水模型。计算零维调蓄和节点方程，选择控制条件模型要素，控制条件模型要素作用于堰、闸和泵对水流运动进行的控制影响。确定二维浅水模型在数值离散时，变量在计算网格中的位置，计算二维浅水模型中的通量、底坡源项、摩擦阻力源项。构造空间二阶精度格式，并设定多种边界条件。根据数据组成一套防洪控制体系，从而进行工程控制运行方式的数值模拟，达到对洪水的有效模拟和预报。

Description

一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法

技术领域

本发明涉及水动力学分析技术领域，特别涉及一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法。

背景技术

作为洪水风险图编制的重要工具，洪水分析软件一直是国外商业软件占据主导地位。我国是一个水利大国，在水利领域的很多方面都取得了举世瞩目的成就，但是我们国内并没有形成一个自己的国产洪水分析软件品牌。山洪和城市洪涝目前仍是对人民生命财产威胁巨大的灾害事件，如果涉及自身的洪水分析方法实现对洪水的可靠分析是当前需要解决的技术问题。

虽然，现有技术中公开了基于一二维耦合的洪水分析方法等方式，但尚未有提出一种复杂河网一二维耦合的洪水分析方法。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的目的在于提出一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法。

为了实现上述目的，本发明的实施例提供一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，包括如下步骤：

步骤S1：建立一维河网模型；

步骤S2：考虑河网模型中的控制工程，该单元模型包括闸、坝、水库和行蓄洪区口门；

步骤S3：零维调蓄和节点方程的计算；

步骤S4：选择控制条件模型要素，控制条件模型要素作用于堰、闸和泵对水流运动进行的控制影响；

步骤S5：建立全流域河网耦合模型；

步骤S6：建立二维浅水模型；

步骤S7：确定二维浅水模型在数值离散时，变量在计算网格中的位置；

步骤S8：计算二维浅水模型中的通量；

步骤S9：底坡源项的计算；

步骤S10：摩擦阻力源项的计算；

步骤S11：构造空间二阶精度格式；

步骤S12：时间积分的计算。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其中所述步骤S1中，采用圣维南方程组对河道一维水流运动关系进行计算，对任一由断面与断面组成的河段，圣维南方程组采用四点线性隐式差分格式进行数值离散，可得任一河段的差分方程，从而求取首、末节点水位和断面流量。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其中所述步骤S2中，汇流型单元模型用于进行防洪调度和水资源调度，进行模拟过水流量过程。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其中所述步骤S3中，

节点水量平衡方程为：

式中：A(z)为节点调蓄面积，∑Q为包括降雨产汇流、河道出入流在内的所有出入节点的流量。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其中所述步骤S4中，控制条件模型要素包括增量控制和Gate控制，增量控制方式又包括工程的启用条件、工程开启过程、控制工程，工程启用条件主要有水位控制、流量控制和水位流量统计值控制；工程开启过程主要有开启度增量和开启度相对值；控制工程将工程启用条件和开启过程组合，Gate控制方式用于平原河网地区，在同一位置闸泵共存，进行联合调度。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其中所述步骤S5中，全流域河网耦合是一维河网、联系及零维之间的耦合。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其中所述步骤S6中，二维浅水方程为：

式中，h为水深；u为x方向的流速；v为y方向的流速；s_x，s_y为源项。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其中所述步骤S10中，摩擦阻力源项进行半隐式离散。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其中所述步骤S12中，由于时间坐标轴和空间坐标轴的不同，采用时间离散采用向前差分的计算方式进行时间积分的计算。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其中所述一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法还包括边界条件的求取，边界条件又包括单宽流量边界条件、水位边界条件、流量边界条件、固壁边界条件和干湿界面的处理。

根据本发明实施例的一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，实现对河网复杂水流运动的模拟，完成对河道水流的断面流量及水位的模拟，完成对湖泊水流的水位高低的模拟，完成过水建筑物中河道水流与湖泊内的水流运动的模拟，并根据模拟数据组成一套防洪控制体系，从而进行工程控制运行方式的数值模拟，达到对洪水的有效预防。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法的流程图；

图2为本发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法在建立一维河网模型中的差分网格图；

图3为本发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法在建立一维河网模型中的计算河段示意图；

图4为本发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法在建立汇流型单元模型中闸坝工程概化示意图；

图5为发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法在建立二维浅水模型中数值离散的示意图；

图6为发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法在构造空间二阶精度格式中变量在控制体内常数分布示意图；

图7为发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法在构造空间二阶精度格式中变量在控制体内线性分布示意图；

图8为发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法在构造空间二阶精度格式中MP区域示意图；

图9为发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法在求取边界条件中缓流的情况下特征线与特征不变量的线性结构示意图；

图10为发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法在求取边界条件中流出急流的情况下特征线与特征不变量的线性结构示意图；

图11为发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法在求取边界条件中流入急流的情况下特征线与特征不变量的线性结构示意图；

图12为发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法在求取边界条件中流量边界条件的线性结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本发明一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，包括如下步骤：

步骤S1：建立一维河网模型，

采用圣维南方程组计算河道一维水流运动关系：

式中：q为旁侧入流，Q、A、B、Z分别为河道断面流量、过水面积、河宽和水位，V_X为旁侧入流流速在水流方向上的分量，一般可以近似为零。K为流量模数，反映河道的实际过流能力，α为动量校正系数，反映河道断面流速分布均匀性；当河道只有一个主槽时，α＝1.0，当河道有若干个主槽和滩地时，在主槽和滩地摩阻比降相等的假定下，可得n为主槽和滩地的分块个数，A_i、K_i为第i分块的过水面积与流量模数，A、K为断面总的过水面积与流量模数；所以α是断面位置及水位的函数，α值也像河道断面资料(河宽、过水面积一样)，可以先整理成α＝α(x，z)作为基本原始资料。对任一由断面i与断面i+1组成的河段，如图2所示，圣维南方程组采用四点线性隐式差分格式进行数值离散，得任一河段的差分方程为：

对如图3所示的河段，以首节点水位和末节点水位为自由变量，采用三系数追赶法消去中间断面的水位和流量，最后得到首、末断面的流量与首、末节点水位关系的两个方程，即首、末断面流量表示成首、末节点水位的线性关系。这两个方程形式如下：

其中：Z_(I)为首节点水位，Z_(J)为末节点水位，即首、末断面流量表达为首、末节点水位的线性组合。

依次由后向前把本断面流量表达成本断面水位和末节点水位的线性函数，递推公式如下：

Q_i＝α_i+β_iZ_i+ξ_iZ_(J)

i＝L₂-2,L₂-3,...,L₁

同理从第一河段开始，设法把断面流量表达成本断面水位和首节点水位的线性函数：

Q_i＝θ_i+η_iZ_i+γ_iZ_(I)

i＝L₁+2,L₁+3,...,L₂

因此，由上述递推公式可以得到式。在计算递推式时需要保存六个追赶系数α、β、ζ、θ、η和γ。一旦首、末节点水位求得后，两方程联立对同一断面的流量有：

求解得：

求得Z_i后，分别代入两方程中即可得Q_i。

步骤S2：考虑河网模型中的控制工程，该单元模型包括闸、坝、水库和行蓄洪区口门；

该单元模型主要是影响水流的汇流过程，人类通过该类型单元来进行防洪调度和水资源调度，该单元的模拟模型主要是模拟其过水流量过程。下面以典型的宽顶堰为例说明，

如图4所示，宽顶堰上的水流可分为自由出流、淹没出流两种流态，不同流态采用不同的计算公式：

当出流为自由出流时：

当出流为淹没出流时：

式中：B为堰宽，Z_d为堰顶高程，Z_I为堰上节点水位，Z_J为堰下节点水位，H₀＝Zi-Z_d，h_s＝Z_J-Z_d，m为自由出流系数，一般取0.325—0.385之间。为淹没出流系数，理论最大值为1.0，一般取小于1.0的数。

对自由出流流态，公式离散可得：

Q＝δ_Z1Z_I+β_Z1

对淹没出流流态，公式离散后得：

Q＝δ_Z2(Z_I-Z_J)

式中：δ_Z1、δ_Z2、β_z1为与Z_I、Z_J有关的系数，一般常采用时段初水位来计算。

步骤S3：零维调蓄和节点方程的计算，

在河网一维水流模拟计算中河道的交汇点称之为节点，对于河网节点，按节点处的蓄水面积可分为两类：一是节点处有较大的蓄水面积，节点的水位变化产生的蓄水量变化不可忽略，这一类节点称之为有调蓄节点；另一类是节点处的水量调蓄面积较小，水位变化产生的节点蓄水量变化可以忽略不计，这一类节点称之为无调蓄节点。

在河网一维水流计算中，节点实际上有一个基本假定：与河节点相通的河道断面水位是相等的。即节点水面是平的，不考虑其中的水头差。

河道节点水量平衡式为：

式中：A(z)为节点调蓄面积，∑Q为包括降雨产汇流、河道出入流在内的所有出入节点的流量。

步骤S4：选择控制条件模型要素，控制条件模型要素需要作用于堰、闸、泵等水利工程对水流运动进行控制影响。控制条件方式分为：增量控制和Gate控制两种方式。

增量控制方式：增量控制将水利工程的模拟分成三个部分：工程的启用条件、工程开启过程、控制工程。工程启用条件主要有：水位控制、流量控制和水位流量统计值控制；工程开启过程主要有开启度增量和开启度相对值；控制工程将工程启用条件和开启过程组合，添加到具体的工程形成一个完整的增量控制条件。

Gate控制方式：主要适用于平原河网地区，在同一位置闸泵共存，需要联合调度的情况。当满足条件泵站启用时，泵站内外会形成很大的水头差，闸门如果同时也是开启就会倒灌，这种情况下闸门必须关闭。采用Gate控制方式系统会自动完成这一过程的模拟。Gate控制方式采用控制条件表格组成决策树实现，一个控制条件可以同时实现对多个工程的控制。

步骤S5：建立全流域河网耦合模型，

全流域河网耦合是一维河网、联系及零维之间的耦合，实际上是各单元交界面上的水量的交换。反映水流运动的一个重要参数是水位，水位的高低可以直观地反映水流运行的情况，从中可见，水位知道后相应的流量等其它水力要素均相应计算出来。从公式中可见河网、联系及零维调蓄的节点的水量平衡方程均相同，因此可将河网节点及零维调蓄单元的节点统称之为水位节点，其相应的水量平衡方程称为节点水位方程，将边界条件代入到相应的节点水位方程中可以得到节点水位线性完备的代数方程组，对节点水位方程采用直接或迭代解法解出所有节点的水位过程，然后回代求解出河道断面水位流量等水力要素。从中可看出建立节点水位方程是耦合模型的关键，节点水位求出后所有面上其它水力要素就很快解出。

步骤S6：建立二维浅水模型，

水深平均的二维浅水方程可以简写为：

式中，h为水深；u为x方向的流速；v为y方向的流速；s_x，s_y为源项，表达式为，

式中，p_a为水面大气压力；z_b为床面底高程；τ_ax，τ_ay为风载的作用力，表达式为，

式中，ρ_a为空气密度；为水面以上10m处的风速；C_Ds为拖曳系数。

c_x，c_y为地转科氏力，其在北半球表达式为，

c_x＝fv

c_y＝-fu

式中，f为科氏系数，为地球的转动角速度， 为纬度。

τ_bx，τ_by为河底阻力，表达式为，

式中，n为糙率。

方程(4.2-2)，(4.2-3)和(4.2-4)写为向量形式为，

U_t+E(U)_x+H(U)_y＝S₀+S

式中，(·)_t，(·)_x，(·)_y分别为对时间，空间平面x，y方向的偏导数，

步骤S7：确定二维浅水模型在数值离散时，变量在计算网格中的位置。根据不同的变量位置的定义将计算网格称为ArakawaA-E网格。其中所有变量都定义在单元中心或节点的网格称为Arakawa A。在采用Godunov法离散时，变量定义在单元中心Arakawa A网格，也称作CC(Cell Center)网格。如图5所示，方程可改写为

式中F＝(E,H)。将上述方程在单元V_i上积分

定义U_i为单元的平均值，存储在单元的中心，即

利用高斯定理把方程(4.2-12)中的面积分转变为线积分，即

式中，ΔV_i为单元i的面积；为单元的边界；n＝(n_x,n_y)为单元边界的外法线方向，

方程(4.2-14)中第二项可以

式中，l_j(i,l)为边j的长度；F_n＝F·n＝En_x+Hn_y为通过第单元i的第j边的数值通量。目前有许多通量F_n的计算方法，也就构成了众多的数值格式。这里将重点介绍采用近似Riemann解计算通量F_n。

步骤S8：计算二维浅水模型中的通量，

二维浅水方程具有旋转不变性，利用这一性质将界面通量计算转换为求解一维Riemann问题，即

式中，

利用了矩阵T以下性质

T^-1＝T^T

定义是一个局部坐标系统，中心在边的中点，为边的外法向方向，为边的方向，即为正交的坐标系。在局部坐标系中的方向速度方向速度分别为，

在此局部坐标系下，二维齐次浅水方程变为一维问题，即为，

式中，为在局部坐标系中的变量。

通量的Jacobian矩阵A为

式中，为波速。

根据矩阵理论，矩阵A可以分解为

A＝RΛR^-1

其中，矩阵R＝[r¹,r²,r³]为

Λ为特征矩阵

其中，λ¹＝un_x+vn_y+cn_y；λ²＝un_x+vn_y；λ³＝un_x+vn_y-cn_y为特征值。特征值反映了特征变量的传播速度和方向，因而可以根据特征值的方向将特征矩阵分解为Λ＝Λ⁺+Λ^-，其中

相应的矩阵A可以分解为

A＝A⁺+A^-

A⁺＝RΛ⁺R^-1

A^-＝RΛ^-R^-1

数值通量为

步骤S9：底坡源项的计算，

底坡和孔隙率源项S₀是水深和底高程的函数，在界面上的间断为，

积分S₀可以得到

将沿着特征方向和进行分解

将式

带入式可得

γ₂＝0

将根据特征矩阵Λ分解为作用于左侧单元和右侧单元的源项

式中，I单位对角矩阵；sign()为符号函数。

步骤S10：其它源项的计算，

摩擦阻力源项等其它的源项对格式的稳定性也起着重要的作用，为增加格式的稳定性对除底坡源项以外的其它源项进行半隐式离散。用系数来衡量n+1时刻源项的影响系数，1-θ来衡量n时刻的影响系数，源项为

式中，Δt为时间步长，θ＝0时为完全显式，θ＝1时为完全隐式，令

方程(4.2-14)的离散为

步骤S11：构造空间二阶精度格式，

界面通量计算式中，和如果采用定义在单元中心的变量，即，如图6所示，变量在控制体内为常数，通量计算在空间上只具有一阶精度，数值耗散较大，物理间断被数值耗散拉平。为获得高阶精度格式变量在控制体内为线性分布，如图7所示，即为

U＝U_i+r·G

式中，r是起点为控制体中心的空间向量，G为变量在控制体内线性分布的梯度。

最简单的梯度G计算方法是采用，

其中，ε≈10^-10为小量，限制Δ123面积；g_x,g_y,g_U是矢量g的元素。矢量g的定义为

g＝(P₁-P₂)×(P₃-P₂)

式中

P_k＝[x_k y_k U_k]^T，k＝1,2,3

将式U＝U_i+r·G在单元内积分有

可见采用线性重构并不影响格式的守恒性。为了保证重构后的模型满足TVD性质，必须对梯度G进行适当的限制。

对分布梯度的限制采用MP(Maximum Principle region)法则，MP法则通过不等式

min(U_k-U_i,0)≤r_ik·G≤max(U_k-U_i,0)

把梯度限制到如图8所示MP区域。式中，r_ik为从单元i的中心到与相邻单元k的公共边中心的空间矢量。图8中的阴影部分为单元i的MP区域，上述不等式通过两条垂直于r_ik的两条平行线表示。由上述不等式可知，如果U_k-U_i同号，有G＝0，MP区域只有单元的中心点，格式降低为一阶精度。

为了使梯度G在MP区域内，进行以下两步操作：

构造以下的一个或多个梯度

▽(Δ123),▽(Δi23),▽(Δ1i3),▽(Δ12i),▽_GG,▽_LLS

式中，▽(Δi23),▽(Δ1i3),▽(Δ12i)的构造同(4.2-47)，▽_GG为Green-Gauss梯度，▽_LLS为Linear Least Square梯度。计算梯度▽(Δ123)，取G＝σ▽(Δ123)，

σ＝min(σ¹,σ²,σ³)

其中

步骤S12：时间积分的计算，

时间坐标轴和空间坐标轴不同，时间离散采用向前差分。为了获得高阶的时间离散格式，可以采用的两步Runge-Kutta法来获得二阶精度的时间离散为

式中，为中间变量，W(...)为空间离散后的右端项。在计算时，如果采用以上方程计算，两步都需要空间重构计算梯度G，计算量较大，因而实际计算时只在第一步计算梯度Gⁿ，第二步采用第一步的梯度，即G^tem＝Gⁿ。

步骤S13：求取边界条件，边界条件又包括单宽流量边界条件、水位边界条件、流量边界条件、固壁边界条件和干湿界面的处理，

在河道数值模拟时，通常上游给流量边界条件或单宽流量边界条件，下游给水位边界。如果单元i的第j条边为边界边。设边界上的水位为x,y方向流速为则边界通量为

由特征线理论，沿着正负特征线方向有特征不变量

它们有如下关系，如图9所示

即，沿特征线不变。R⁺为左特征不变量，R^-为右特征不变量。在边界局部坐标系中，计算区域根据特征线的方向，边界水流分为缓流、流出急流和流入急流三种情况。如图11所示，急流流入情况下，计算区域内信息影响不到边界，在边界上需要给定所有未知变量，即需要同时给定和如图10所示，急流流出情况下，边界外信息够影响不到计算区域内，因而不需要给定任何边界条件，该种情况下和缓流情况下有

式中，为方向流速。空间一阶精度取单元的值，二阶精度取计算域内的插值。因而至少需要一个给定边界条件才能够计算出边界变量，以下边界条件的讨论都是基于边界缓流情况。

一、单宽流量边界条件：在上游边界给定单宽流量如果边界在计算域有方程成立，将边界条件代入得

迭代求解方程可以获得边上水深h^*＝(c^*)²/g，再根据给定的单宽流量边界条件可以获得外法向流速如果给定的单宽流量为矢量则有否则边界切向流速可以近似的认为等于边界内的切线流速或

二、水位边界条件：在边界上给定水位h^*＝η(t)-z_b。如果边界在计算域，由方程求得外法向流速为

边界内的切线流速

三、流量边界条件：流量Q＝Q(t)分别从单元V₁，V₂，…，V_M的L₁，L₂，…，L_M边流入，如图12所示，流入的角度为θ。各个边界单元的水深和x，y方向的流速分别为{h₁,u₁,v₁}，{h₂,u₂,v₂}，…，{h_M,u_M,v_M}。

根据谢才公式和曼宁公式

式中，U为沿着水流方向流速；J为水力坡度。可见流速近似与水深h的2/3次幂成正比，所以有

可得边界边的单宽流量

根据单宽流量边界条件可以计算出边界上的和

四、固壁边界条件：在固壁边界上，可以采用无滑移边界条件和滑移边界条件。无滑移边界条件边界取和滑移边界条件边界取和

五、干湿界面的处理：在进行非恒定浅水模拟时，由于水位的变化使得其计算的区域也在不断的改变。为了能准确的模拟这种动边界问题，处理的方法主要有两类，一类为变网格法；另一类为固定网格法。限制水深法处理动边界时，把网格分为干、湿和半干三类，干网格：在n时刻，若网格水深h＜htol1，且相邻单元的水深也小于htol1，则没有流量和动量通过该公共边，如果所有相邻单元水深都小于htol1，则该单元为干单元，通常限制水深htol1可以取为0.0001m。半干网格：在n时刻，若网格水深htol1＜h＜htol2，且相邻单元水深小于htol2，则在相邻界面上只有流量的通量而没有动量通量，通常限制水深htol2可以取为0.0005m。湿网格：在n时刻，网格水深h＞htol 2。

本发明一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，根据本发明实施例的一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，实现对河网复杂水流运动的模拟，完成对河道水流的断面流量及水位的模拟，完成对湖泊水流的水位高低的模拟，完成过水建筑物中河道水流与湖泊内的水流运动的模拟，并根据模拟数据组成一套防洪控制体系，从而进行工程控制运行方式的数值模拟，达到对洪水的有效预防。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求及其等同限定。

Claims (10)

1.一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：建立一维河网模型；

步骤S2：考虑河网模型中的控制工程，该单元模型包括闸、坝、水库和行蓄洪区口门；

步骤S3：零维调蓄和节点方程的计算；

步骤S4：选择控制条件模型要素，控制条件模型要素作用于堰、闸和泵对水流运动进行的控制影响；

步骤S5：建立全流域河网耦合模型；

步骤S6：建立二维浅水模型；

步骤S7：确定二维浅水模型在数值离散时，变量在计算网格中的位置；

步骤S8：计算二维浅水模型中的通量；

步骤S9：底坡源项的计算；

步骤S10：摩擦阻力源项的计算；

步骤S11：构造空间二阶精度格式；

步骤S12：时间积分的计算。

2.如权利要求1所述的一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步骤S1中，采用圣维南方程组对河道一维水流运动关系进行计算，对任一由断面与断面组成的河段，圣维南方程组采用四点线性隐式差分格式进行数值离散，可得任一河段的差分方程，从而求取首、末节点水位和断面流量。

3.如权利要求1所述的一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步骤S2中，汇流型单元模型用于进行防洪调度和水资源调度，进行模拟过水流量过程。

4.如权利要求1所述的一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步骤S3中，

节点水量平衡方程为：

式中：A(z)为节点调蓄面积，∑Q为包括降雨产汇流、河道出入流在内的所有出入节点的流量。

5.如权利要求1所述的一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步骤S4中，控制条件模型要素包括增量控制和Gate控制，增量控制方式又包括工程的启用条件、工程开启过程、控制工程，工程启用条件主要有水位控制、流量控制和水位流量统计值控制；工程开启过程主要有开启度增量和开启度相对值；控制工程将工程启用条件和开启过程组合，Gate控制方式用于平原河网地区，在同一位置闸泵共存，进行联合调度。

6.如权利要求1所述的一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步骤S5中，全流域河网耦合是一维河网、联系及零维之间的耦合。

7.如权利要求1所述的一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步骤S6中，二维浅水方程为：

式中，h为水深；u为x方向的流速；v为y方向的流速；s_x，s_y为源项。

8.如权利要求1所述的一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步骤S10中，摩擦阻力源项进行半隐式离散。

9.如权利要求1所述的一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其特征在于，在所述步骤S12中，由于时间坐标轴和空间坐标轴的不同，采用时间离散采用向前差分的计算方式进行时间积分的计算。

10.如权利要求1所述的基于一种一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法，其特征在于，所述一维河网概化与高性能一二维耦合的洪水分析方法还包括边界条件的求取，边界条件又包括单宽流量边界条件、水位边界条件、流量边界条件、固壁边界条件和干湿界面的处理。