【技术实现步骤摘要】
一种灌区水流方向的识别方法
本专利技术涉及农田水利领域，具体涉及一种灌区水流方向的识别方法。
技术介绍
灌区作为我国粮食和经济作物的主要载体和产区，由于受到灌溉、排水、作物种植等人类活动干扰以及渠道、沟道、塘堰、耕地、田埂等复杂人造地貌影响，表现出典型的自然～人工二元水循环特征，其水系格局、水流方向、水力梯度、水循环过程与自然流域存在显著差异。精准追踪灌区水循环要素的流动路径和方向，确定不同介质单元之间的水力连接关系，对于科学管理和调控灌区水资源有着重要的意义。目前针对灌区介质之间水力连接关系的判别多采用与自然流域相同的方法，即根据数字高程模型(DEM)提供的栅格数据，识别并提取出水系分布图，并根据“水往低处流”的原理，基于各单元地表高程大小自动判别水流方向。由于灌区人工沟渠、塘堰/田埂等形成了密布的局地小地貌条件，加之灌区内部田块出入口多且流向复杂，而上述水流方向判别方式极大地依赖于DEM数据的精度，若大范围获取高精度DEM，则势必导致投入成本较高，若采用公共资源提供的DEM数据，则受限于数据分辨率，难以对沟渠等水...
【技术保护点】
1.一种灌区水流方向的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、根据灌区地理空间信息，通过地理信息系统软件进行空间建模，得到基本地理空间矢量数据图层；/nS2、对基本地理空间矢量数据图层进行网格划分，并生成模拟单元；/nS3、遍历并检索模拟单元之间的连接关系，根据空间拓扑特征和灌溉排水流动原理，得到模拟单元间的水力连接关系，所有模拟单元间的水力连接关系合并生成灌区总体的水流方向。/n
【技术特征摘要】
1.一种灌区水流方向的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据灌区地理空间信息，通过地理信息系统软件进行空间建模，得到基本地理空间矢量数据图层；
S2、对基本地理空间矢量数据图层进行网格划分，并生成模拟单元；
S3、遍历并检索模拟单元之间的连接关系，根据空间拓扑特征和灌溉排水流动原理，得到模拟单元间的水力连接关系，所有模拟单元间的水力连接关系合并生成灌区总体的水流方向。
2.根据权利要求1所述的灌区水流方向的识别方法，其特征在于，所述步骤S1中的基本地理空间矢量数据图层类型包括：面状图层、线状图层和点状图层；
所述面状图层为平面网格图层，由灌区的土地利用分区和灌排分区叠加形成，该图层包含的必要属性信息包括各个平面网格的地表平均高程、各个平面网格内的灌溉面积占该网格总面积的比例；
所述线状图层包括：渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层；其中渠道分布图层包含的必要属性信息包括渠道的输/配水类别、渠道级别；沟道分布图层包含的必要属性信息包括沟道级别；暗管分布图层包含的必要属性信息包括吸水/集水类别和暗管级别；
所述点状图层包括：圆涵分布图层、方涵分布图层、闸门分布图层和泵站分布图层。
3.根据权利要求1所述的灌区水流方向的识别方法，其特征在于，所述步骤S2中的模拟单元包括：面状单元、线状单元和点状单元；
所述面状单元包括：地表单元和地下单元；
所述线状单元包括：渠道单元、沟道单元和暗管单元；
所述点状单元包括：圆涵单元、方涵单元、闸门单元和泵站单元。
4.根据权利要求2所述的灌区水流方向的识别方法，其特征在于，所述步骤S2包括以下步骤：
S21、对面状图层中的各多边形网格ID进行编号，使面状图层划分成N个可寻址的面状网格Celli；再提取面状网格Celli的角点平面坐标，对筛除重复点后的所有角点进行编号，并按某一固定方向记录面状网格Celli的角点编号和角点坐标数组，其中i为面状网格Celli的ID号，其值为整数，在闭区间[1,N]内；
S22、将每个面状网格Celli直接认定生成为地表单元和地下单元，并继承相应的字段属性；
S23、根据面状图层的平面网格边界对渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层中的各条渠道、沟道、暗管进行分段，得到初划分的渠道单元、初划分的沟道单元和初划分的暗管单元；
S24、根据灌区渠道、沟道和暗管的地理特征以及点状图层中的水工建筑物位置，对初划分的渠道单元、初划分的沟道单元和初划分的暗管单元进行细化分，得到渠道单元、沟道单元和暗管单元；
S25、对每个渠道单元、沟道单元和暗管单元进行编号，并结合其地理特征，继承渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层中的相应渠道、沟道、暗管的字段属性；
S26、将圆涵分布图层、方涵分布图层、闸门分布图层和泵站分布图层中的圆涵、方涵、闸门和泵站直接认定为相应的圆涵单元、方涵单元、闸门单元和泵站单元，并继承其字段属性。
5.根据权利要求4所述的灌区水流方向的识别方法，其特征在于，所述步骤S23具体为：根据面状图层中的平面网格边界对渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层中的各条渠道、沟道和暗管进行分段，将分段后出现的微小线段合并至相邻较短线段，若某条渠道、沟道或者暗管在一个平面网格内出现了转折，则忽略该转折点，处理成一个连续的渠段、沟道段或暗管段，并将各分段点命为打断点，从而得到初划分的渠道单元、初划分的沟道单元和初划分的暗管单元。
6.根据权利要求5所述的灌区水流方向的识别方法，其特征在于，所述步骤S24中渠道的细化方法为：
A1、判断各个渠道分水口是否位于渠道打断点，若是，则不做处理，若否，则跳转至步骤A2；
A2、判断渠道分水口是否在平面网格的角点处，若否，则就近将分水口移至平面网格的角点处；若是，则不做处理；
A3、若渠道分水后又再次向另一个方向分水，则将第2次分水口移至第1次分水口处；
A4、若某渠道含有与渠道打断点不重合的分水口，则将该渠道在分水口处断开，分为两个渠段；
A5、将上方含有水工建筑物的渠道，在建筑物所在处打断，划分为前后两个渠段；
A6、将得到的渠段作为新的渠道单元；
所述步骤S24中沟道的细化方法为：
B1、判断各个沟道汇水点是否位于沟道打断点，若是，则不做处理，若否，则跳转至步骤B2；
B2、判断沟道汇水点是否在平面网格的角点处，若否，则就近将汇水点移至平面网格的角点处，若是，则不做处理；
B3、若沟道汇水后又再次汇水，则将第2次汇水口移至第1次汇水口处；
B4、若某沟道含有与沟道打断点不重合的汇水口，则将该沟道在汇水口处断开，分为两个沟段；
B5、将上方含有水工建筑物的沟道，在建筑物所在处打断，划分为前后两个沟段；
B6、将得到的沟段作为新的沟道单元；
所述步骤S24中暗管的细化方法为：
C1、判断各个暗管汇水点是否位于暗管打断点，若是，则不做处理，若否，则跳转至步骤C2；
C2、判断暗管汇水点是否在平面网格的角点处，若否，则就近将汇水点移至平面网格的角点处，若是，则不做处理；
C3、若暗管汇水后又再次汇水，则将第2次汇水口移至第1次汇水口处；
C4、若某暗管含有与暗管打断点不重合的汇水口，则将该暗管在汇水口处断开，分为两个暗管段；
C5、将上方含有水工建筑物的暗管，在建筑物所在处打断，划分为前后两个暗管段；
C6、将得到的暗管段作为新的暗管单元；
所述步骤S25中对每个渠道单元、沟道单元和暗管单元进行编号的方法为：对渠道单元、沟道单元和暗管单元分别按级别顺序从上游到下游连续递增编号，将每条引导渠的编号定义一个负ID，该负ID的值为与该引导渠相连上级渠段的ID的相反数；将每条引导沟的编号定义一个负ID，该负ID的值为与该引导沟相连下级沟段的ID的相反数；将每条引导暗管的编号定义一个负ID，该负ID的值为与该引导暗管相连下级暗管段的ID的相反数。
7.根据权利要求6所述的灌区水流方向的识别方法，其特征在于，所述步骤S3中模拟单元间的水力连接关系包括：
渠道单元～渠道单元：分配水；
沟道单元～沟道单元：排水；
暗管单元～暗管单元：排水；
暗管单元～沟道单元：排水；
渠道单元～沟道单元：退水；
渠道单元～田块单元：灌溉；
渠道单元～地下单元：渗漏补给；
地表单元～沟道单元：地表排水；
地下单元～沟道单元：地下排水；
地下单元～暗管单元：地下排水；
地表单元～地下单元：入渗补给；
地表单元～地表单元：地表径流；
地下单元～地下单元：地下水平交换；
点状单元～渠道单元：提水灌溉或分水；
点状单元～沟道单元：控制排水或强排；
渠道单元～点状单元～沟道单元：控制退水。
8.根据权利要求7所述的灌区水流方向的识别方法，其特征在于，根据渠道单元之间的端点接触关系推求，得到渠道单元～渠道单元的水力连接关系；包括如下几种情况：A：中间渠道单元分别与一个上游渠道单元和一个下游渠道单元连接；B：一个渠道单元分别与多个下游渠道单元连接；C：一个渠道单元分别与多个上游渠道单元连接；D：将引导渠道单元连接至某个渠道单元上时，判断连接点是否在该渠道单元的两端之间，若是，则不做处理，若否，则连接至上游渠道单元；
根据沟段之间的端点接触关系推求，得到沟道单元～沟道单元的水力连接关系，包括如下几种情况：A：中间沟道单元分别与一个上游沟道单元和一个下游沟道单元连接；B：一个沟道单元分别与多个下游沟道单元连接；C：一个沟道单元分别与多个上游沟道单元连接；D：将引导沟道单元连接至某个沟道单元上时，判断连接点是否在该沟道单元的两端之间，若是，则不做处理，...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈皓锐，米博宇，金银龙，戴玮，刘静，陶园，管孝艳，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11
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