一种基于有向图的流域梯级水库开发评估方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及水文数据分析技术领域，提出一种基于有向图的流域梯级水库开发评估方法及系统，其中包括以下步骤：获取数字高程模型数据、流域控制性水文站位置数据和梯级水库位置数据作为输入数据，基于所述输入数据构建流域有向图；根据所述输入数据获取梯级水库开发评估区域范围；基于梯级水库开发评估区域范围对流域有向图中任意一个水库进行位置修正；根据经过位置修正的流域有向图，计算流域有向图中各像元之间的流动距离、任意两个梯级水库之间的落差和流动距离，以及任一梯级水库的汇水范围和汇流区间，结合上述数据即可对流域梯级水库开发进行高准确率且高效的评估工作。库开发进行高准确率且高效的评估工作。库开发进行高准确率且高效的评估工作。

【技术实现步骤摘要】
一种基于有向图的流域梯级水库开发评估方法及系统


[0001]本专利技术涉及水文数据分析
，更具体地，涉及一种基于有向图的流域梯级水库开发评估方法及系统。

技术介绍

[0002]梯级水库是在一条河流的水利水电开发规划中，为了充分利用水利水力资源，从河流或河段的上游到下游所修建的一系列呈阶梯式的水库。梯级水库的开发规划，关乎发电、防洪、灌溉、城乡供水、航运等问题，具有重要的战略意义。梯级水库的落差与流动距离直接关乎每个水库的发电效益，汇水范围与汇流区间关乎水库的生态效益，都是水库管理者十分关心的内容。
[0003]现有的评估方法主要通过构建流域网图模型，并基于例如网状水系连通性指数RCI等数据进行评估。然而由于梯级水库的数据复杂，从数字高程模型中获取的数据与梯级水库的实际位置有一定偏差，因此在构建流域网图模型时容易存在误差。此外，在实际工作中，梯级水库的落差与汇流区间常常依赖于人为确定，当梯级较多时容易出错，难以得到较高准确度和可信度的梯级水库开发评估结果。

技术实现思路

[0004]本专利技术为克服上述现有技术所述的梯级水库数据出错率高、梯级水库开发评估准确度低的缺陷，提供一种基于有向图的流域梯级水库开发评估方法，以及一种基于有向图的流域梯级水库开发评估系统。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：
[0006]一种基于有向图的流域梯级水库开发评估方法，包括以下步骤：
[0007]S1、获取数字高程模型数据、流域控制性水文站位置数据和梯级水库位置数据作为输入数据，基于所述输入数据构建流域有向图；
[0008]S2、根据所述输入数据获取梯级水库开发评估区域范围；
[0009]S3、基于梯级水库开发评估区域范围对流域有向图中任意一个水库进行位置修正；
[0010]S4、根据经过位置修正的流域有向图，计算流域有向图中各像元之间的流动距离、任意两个梯级水库之间的落差和流动距离，以及任一梯级水库的汇水范围和汇流区间，进行梯级水库开发评估。
[0011]本技术方案通过对由数字高程模型数据、流域控制性水文站位置数据和梯级水库位置数据构建的流域有向图进行水库位置修正后，计算各梯级水库到流域出口的流动距离、两梯级水库之间的落差、水库的汇流区间与汇水范围，结合上述数据即可对流域梯级水库开发进行高准确率且高效的评估工作。
[0012]进一步地，本专利技术还提出了一种基于有向图的流域梯级水库开发评估系统，应用上述提出的基于有向图的流域梯级水库开发评估方法，包括数据采集模块、流域有向图构
建模块、区域范围计算模块、修正模块和评估模块。
[0013]其中，数据采集模块用于获取数字高程模型数据、流域控制性水文站位置数据和梯级水库位置数据。流域有向图构建模块用于根据数据采集模块采集的数据构建流域有向图。区域范围计算模块用于根据数据采集模块采集的数据计算梯级水库开发评估区域范围。修正模块用于根据梯级水库开发评估区域范围对流域有向图构建模块构建的流域有向图中所有水库进行位置修正。评估模块用于根据经过修正模块修正的流域有向图计算流域有向图中各像元之间的流动距离、任意两个梯级水库之间的落差和流动距离，以及任一梯级水库的汇水范围和汇流区间，并作为流域梯级水库开发评估参考数据进行输出。
[0014]与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术根据数字高程模型数据、流域控制性水文站位置数据和梯级水库位置数据构建流域有向图，并基于梯级水库开发评估区域范围对流域有向图中的水库位置进行修正，能够避免梯级水库数据误差影响评估结果；利用修正后的流域有向图快速计算各梯级水库到流域出口的流动距离、两梯级水库之间的落差、水库的汇流区间与汇水范围，结合上述数据即可对流域梯级水库开发进行高准确率且高效的评估工作。
附图说明
[0015]图1为实施例1的基于有向图的流域梯级水库开发评估方法的流程图。
[0016]图2为实施例2中对流域有向图中任一水库进行位置修正的流程图。
[0017]图3为实施例2中流动距离计算的算法伪代码示意图。
[0018]图4为实施例3中原始数字高程模型、梯级水库位置、高要水文站位置示意图。
[0019]图5为实施例3中流域有向图的保存方式示意图。
[0020]图6为实施例3中西江流域的流动距离示意图。
[0021]图7为实施例3中红水河水电基地开发剖面图。
[0022]图8为实施例3中红水河水电基地中第8级乐滩水库的汇水范围的示意图。
[0023]图9为实施例3中红水河水电基地中第8级乐滩水库的汇流区间的示意图。
[0024]图10为实施例4的基于有向图的流域梯级水库开发评估系统的架构图。
具体实施方式
[0025]附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
[0026]为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
[0027]对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
[0028]下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。
[0029]实施例1
[0030]本实施例提出一种基于有向图的流域梯级水库开发评估方法，如图1所示，为本实施例的基于有向图的流域梯级水库开发评估方法的流程图。
[0031]本实施例提出的基于有向图的流域梯级水库开发评估方法中，包括以下步骤：
[0032]S1、获取数字高程模型数据、流域控制性水文站位置数据和梯级水库位置数据作
为输入数据，基于所述输入数据构建流域有向图。
[0033]本实施例中的数字高程模型数据包括目标流域区域的经纬度等地理数据信息，进一步结合流域控制性水文站位置数据和梯级水库位置数据构建得到包含流域水系位置信息、水库位置信息、流域的出口位置信息等数据的流域有向图，用于进一步进行流域梯级水库开发评估。
[0034]S2、根据所述输入数据获取梯级水库开发评估区域范围。
[0035]本实施例中根据数字高程模型数据获取梯级水库开发评估区域范围，所述梯级水库开发评估区域范围用于限定流域有向图的范围，以及用于计算梯级水库的位置坐标。
[0036]S3、基于梯级水库开发评估区域范围对流域有向图中任意一个水库进行位置修正。
[0037]本步骤基于梯级水库开发评估区域范围以及根据梯级水库开发评估区域范围计算的梯级水库的位置坐标，对流域有向图中任意一个水库进行位置修正，旨在对从数字高程模型中获取的数据与梯级水库的实际位置存在的偏差进行修正。
[0038]S4、根据经过位置修正的流域有向图，计算流域有向图中各像元之间的流动距离、任意两个梯级水库之间的落差和流动距离，以及任一梯级水库的汇水范围和汇流区间，进行梯级水库开发评估。
[0039]本实施例通过经上述计算得到的各像元之间的流动距离、任意两个梯级水库之间的落差和流动距离，以及任一梯级水库的汇水本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于有向图的流域梯级水库开发评估方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取数字高程模型数据、流域控制性水文站位置数据和梯级水库位置数据作为输入数据，基于所述输入数据构建流域有向图；S2、根据所述输入数据获取梯级水库开发评估区域范围；S3、基于梯级水库开发评估区域范围对流域有向图中任意一个水库进行位置坐标修正；S4、根据经过位置修正的流域有向图，计算流域有向图中各像元之间的流动距离、任意两个梯级水库之间的落差和流动距离，以及任一梯级水库的汇水范围和汇流区间，进行梯级水库开发评估。2.根据权利要求1所述的基于有向图的流域梯级水库开发评估方法，其特征在于，所述S1步骤中，基于所述输入数据构建流域有向图的步骤包括：S1.1、对数字高程模型数据进行流向计算，得到数字高程模型中各像元的流向，并通过累积流量计算提取得到流域水系及其像元；S1.2、根据数字高程模型中各像元的流向，以像元为节点，流动方向为边，构建流域有向图，并根据流域控制性水文站位置数据和梯级水库位置数据在所述流域有向图中标记流域控制性水文站位置和梯级水库位置。3.根据权利要求2所述的基于有向图的流域梯级水库开发评估方法，其特征在于，所述S2步骤中，根据所述输入数据获取梯级水库开发评估区域范围的步骤包括：对所述输入数据利用GetGeoTransform函数进行数据提取，得到数字高程模型数据的起始经度lon
′0、终止纬度lat
′1、经度分辨率r
lon
和纬度分辨率r
lat
，以及数字高程模型数据的列数cols和行数rows；根据输入数据的数据提取结果计算梯级水库开发评估区域范围，其表达式如下：式中，lon
′1表示数字高程模型的终止经度，lat
′0表示数字高程模型的起始纬度。4.根据权利要求3所述的基于有向图的流域梯级水库开发评估方法，其特征在于，所述S3步骤中，对流域有向图中任一水库进行位置修正的步骤包括：S3.1、根据梯级水库开发评估区域范围对数字高程模型中的流域水系转化为栅格数据，得到流域水系在流域有向图中m个像元的横坐标river
x,j
和纵坐标river
y,j
，其中j＝1,2,...,m；S3.2、计算各个水库所属数字高程模型在流域有向图中的像元的横坐标和纵坐标，得到水库位置坐标；其表达式如下：式中，row
i
表示第i个水库的纵坐标，col
i
表示第i个水库的横坐标；lon
i
表示第i个水库的经度，lat
i
表示第i个水库的纬度；其中i＝1,2,...,n；S3.3、对于任意一个水库，计算水库与流域水系中所有像元在流域有向图中的距离；其表达式如下：
式中，d
i,j
表示第i个水库与流域水系中第j个像元在流域有向图中的距离；S3.4、对于任意一个水库，根据水库与流域水系中所有像元在流域有向图中的距离，将水库位置坐标修改为与其距离最近的流域水系像元的位置坐标；其表达式如下：式中，river
y,j
′
、river
x,j
′
为与第i个水库距离最近的流域水系的像元的纵坐标和横坐标，row
t,i
、col
t,i
分别表示第i个水库完成修正后的纵坐标和横坐标；d
min
为第i个水库与流域水系中的像元之间的最短距离。5.根据权利要求4所述的基于有向图的流域梯级水库开发评估方法，其特征在于，所述S3步骤中，还包括以下步骤：将完成水库位置坐标修正的流域有向图以表格形式存储：将梯级水库的坐标转化为编号；其中第i个梯级水库的编号为：index
i
＝row
t,i
·
rows+col
t,i
；对所述流域有向图中所有像元的横坐标和纵坐标以编号进行表示记录；将各像元的编号作为流域有向图表格的索引列，将各像元的上游像元作为流域有向图表格的数据列，得到流域有向图表格并进行存储。6.根据权利要求1～5任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵铜铁钢，丁麒溶，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：