CN106296024A - 一种水资源***模拟和调控管理方法 - Google Patents

一种水资源***模拟和调控管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水资源***模拟和调控管理方法，包括：根据水资源、行政区划分为基本单元并编码，基本单元编码中包括水资源分区标识和顺序码字段、行政区划标识和顺序码字段；将基本单元划分为计算单元并编码，包括基本单元编码和计算单元顺序码字段；将计算单元划分为水文单元并编码，包括计算单元编码、土壤类型标识和顺序码字段、土地利用类型标识和顺序码字段，生成水文单元编码库；对水资源分区标识和顺序码、行政区划标识和顺序码、计算单元顺序码、土壤类型标识和顺序码、土地利用类型标识和顺序码进行匹配取样，得到水文单元进行水资源***模拟和调控管理。本发明使水循环模拟和调控管理更精细化，减轻了调控管理工作量，提高了效率。

Description

一种水资源***模拟和调控管理方法
技术领域
本发明涉及水资源管理领域，具体涉及一种水资源***模拟和调控管理方法。
背景技术
由于自然与人类活动等众多因子的交织影响和作用，人类正面临着水资源短缺、水灾害加剧和生态环境恶化的严峻局面，为了从根本上解决这些问题，需要从可再生的角度来考虑维持水资源循环往复、可持续利用的调控机理，即对水资源进行调控管理。水资源***单元作为水资源***的重要基本组成，其划分方法对于水资源***模拟和调控管理具有直接影响，尤其是在水资源管理应用方面，水资源***单元划分方法是水资源***调控模型的架构、模拟、搜索、统计以及分析等功能优劣的关键。为此，需要对水资源***单元进行有效的划分，并以此为基础对水资源***进行科学高效的调控管理。
传统的水文模型单元多以DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)提取响应的子流域或者格网单元，并根据土壤类型和土地利用类型进一步划分为水文响应单元等进行水文计算，传统水文模型单元的这种划分方法仅适用于流域或河道径流，对于现实水资源管理中以行政区划主体的管理方式，上述单元划分方法难以界定各行政区划水资源情况及各行政边界的水文变化。另外，传统水文模型单元有可能会出现一个水文单元横跨若干个行政区划的现象，而传统水资源***调控模型单元一般属于大中尺度，多会出现一个单元包含若干个水文流域的现象。
上述单元划分方法导致水资源***模拟和调控管理难以精细化，工作量较大，效率较低。
有鉴于此，急需对现有的水资源***单元划分方法进行改进，以实现水资源***模拟和调控管理的精细化，减轻调控管理时的工作量，提高效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是利用现有的水资源***单元划分方法难以实现水资源***模拟和调控管理的精细化，工作量较大，效率较低的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供一种水资源***模拟和调控管理方法，包括以下步骤：
根据水资源分区和行政区划将水资源***划分为多个基本单元，并分别进行编码，基本单元编码中包括水资源分区标识字段、水资源分区的顺序码字段、行政区划标识字段和行政区划的顺序码字段；
根据数字高程模型将每个基本单元划分为多个计算单元，并分别进行编码，计算单元编码中包括基本单元编码和计算单元的顺序码字段；
根据土壤类型和土地利用类型将每个计算单元划分为多个水文单元，并分别进行编码，水文单元编码中包括计算单元编码、土壤类型标识字段、土壤类型的顺序码字段、土地利用类型标识字段和土地利用类型的顺序码字段，利用水文单元编码生成水文单元编码库；
根据调控管理需求，对水文单元编码库中的水资源分区标识、水资源分区的顺序码、行政区划标识、行政区划的顺序码、计算单元的顺序码、土壤类型标识、土壤类型的顺序码、土地利用类型标识和土地利用类型的顺序码进行匹配取样，利用取样得到的水文单元进行水资源***模拟和调控管理。
在上述技术方案中，
在所述水文单元编码库中，匹配与水资源分区标识和水资源分区的顺序码相同的水文单元，得到第一模拟筛选集；
在所述第一模拟筛选集中，匹配与行政区划标识和行政区划的顺序码相同的水文单元，得到第二模拟筛选集；
在所述第二模拟筛选集中，匹配与计算单元的顺序码相同的水文单元，得到第三模拟筛选集；
在所述第三模拟筛选集中，匹配与土壤类型标识和土壤类型的顺序码相同的水文单元，得到第四模拟筛选集；
在所述第四模拟筛选集中，匹配与土地利用类型标识和土地利用类型的顺序码相同的水文单元，得到第五模拟筛选集；
利用所述第五模拟筛选集中的水文单元进行水资源***模拟。
在上述技术方案中，
在所述水文单元编码库中，匹配与行政区划标识和行政区划的顺序码相同的水文单元，得到第一调控管理筛选集；
在所述第一调控管理筛选集中，匹配与水资源分区标识和水资源分区的顺序码相同的水文单元，得到第二调控管理筛选集；
在所述第二调控管理筛选集中，匹配与计算单元的顺序码相同的水文单元，得到第三调控管理筛选集；
在所述第三调控管理筛选集中，匹配与土壤类型标识和土壤类型的顺序码相同的水文单元，得到第四调控管理筛选集；
在所述第四调控管理筛选集中，匹配与土地利用类型标识和土地利用类型的顺序码相同的水文单元，得到第五调控管理筛选集；
利用所述第五调控管理筛选集中的水文单元进行水资源***调控管理。
在上述技术方案中，所述水文单元编码由字符和数字组成，共十六位，其中，第一位字符代表水资源分区标识，第二到第五位数字代表水资源分区的顺序码，第六位字符代表行政区划标识，第七到第十位数字代表行政区划的顺序码，第十一和第十二位数字代表计算单元的顺序码，第十三位字符代表土壤类型标识，第十四位数字代表土壤类型的顺序码，第十五位字符代表土地利用类型标识，第十六位数字代表土地利用类型的顺序码。
在上述技术方案中，所述水资源分区标识、行政区划标识、土壤类型标识和土地利用类型标识均由不同的字符表示。
在上述技术方案中，根据所述数字高程模型下垫面高程和坡度变化阈值的面积将每个基本单元划分为多个计算单元。
本发明，通过将水资源***按照“基本单元-计算单元-水文单元”进行三级单元划分，根据水资源分区和行政区划的叠加，划分为多个基本单元，根据数字高程模型将每个基本单元划分为多个计算单元，根据土壤类型和土地利用类型将每个计算单元划分为多个水文单元，实现了行政区划和水文分区相结合的需求，使水资源***模拟和水资源***调控管理更精细化，减轻了调控管理时的工作量，提高了效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种水资源***模拟和调控管理方法流程图；
图2为本发明实施例提供的基本单元划分及编码方法示意图；
图3为本发明实施例提供的计算单元划分及编码方法示意图；
图4为本发明实施例提供的水文单元划分及编码方法示意图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细的说明。
本发明实施例提供了一种水资源***模拟和调控管理方法，如图1所示，包括以下步骤：
S1、根据水资源分区和行政区划将水资源***划分为多个基本单元，并分别进行编码，基本单元编码中包括水资源分区标识字段、水资源分区的顺序码字段、行政区划标识字段和行政区划的顺序码字段。
S2、根据数字高程模型下垫面高程和坡度变化阈值的面积将每个基本单元划分为多个计算单元，并分别进行编码，计算单元编码中包括基本单元编码和计算单元的顺序码字段。
S3、根据土壤类型和土地利用类型将每个计算单元划分为多个水文单元，并分别进行编码，水文单元编码中包括计算单元编码、土壤类型标识字段、土壤类型的顺序码字段、土地利用类型标识字段和土地利用类型的顺序码字段，利用水文单元编码生成水文单元编码库。
S4、根据调控管理需求，对水文单元编码库中的水资源分区标识、水资源分区的顺序码、行政区划标识、行政区划的顺序码、计算单元的顺序码、土壤类型标识、土壤类型的顺序码、土地利用类型标识和土地利用类型的顺序码进行匹配取样，利用取样得到的水文单元进行水资源***模拟和调控管理。
上述水文单元编码由字符和数字组成，共十六位，其中，第一位字符代表水资源分区标识，第二到第五位数字代表水资源分区的顺序码，第六位字符代表行政区划标识，第七到第十位数字代表行政区划的顺序码，第十一和第十二位数字代表计算单元的顺序码，第十三位字符代表土壤类型标识，第十四位数字代表土壤类型的顺序码，第十五位字符代表土地利用类型标识，第十六位数字代表土地利用类型的顺序码。
在上述步骤S4中，具体地，在水文单元编码库中，匹配与水资源分区标识和水资源分区的顺序码相同的水文单元，得到第一模拟筛选集；在第一模拟筛选集中，匹配与行政区划标识和行政区划的顺序码相同的水文单元，得到第二模拟筛选集；在第二模拟筛选集中，匹配与计算单元的顺序码相同的水文单元，得到第三模拟筛选集；在第三模拟筛选集中，匹配与土壤类型标识和土壤类型的顺序码相同的水文单元，得到第四模拟筛选集；在第四模拟筛选集中，匹配与土地利用类型标识和土地利用类型的顺序码相同的水文单元，得到第五模拟筛选集；利用第五模拟筛选集中的水文单元进行水资源***模拟。
例如，在水文单元编码库H＝{h1,h2,...,hm}中，水资源分区标识和水资源分区的顺序码组成的集合为S＝{s1,s2,...,sn}，选择s1，在水文单元编码库H＝{h1,h2,...,hm}中依次搜索水文单元编码的第1-5位，依次进行匹配取样，得到水资源分区标识和水资源分区的顺序码与s1一致的第一模拟筛选集Hs1＝{h1 s1,h2 s1,...,hk s1}；行政区划标识和行政区划的顺序码组成的集合为Z＝{z1,z2,...,zt}，选择z1，在第一模拟筛选集Hs1＝{h1 s1,h2 s1,...,hk s1}中依次搜索水文单元编码的第6-10位，依次进行匹配取样，得到行政区划标识和行政区划的顺序码与z1一致的第二模拟筛选集Hs1z1＝{h1 s1z1,h2 s1z1,...,hp s1z1}；计算单元的顺序码集合为U＝{u1,u2,...,un}，选择u1，在第二模拟筛选集Hs1z1＝{h1 s1z1,h2 s1z1,...,hp s1z1}中依次搜索水文单元编码的第11-12位，依次进行匹配取样，得到计算单元的顺序码与u1一致的第三模拟筛选集Hs1z1u1＝{h1 s1z1u1,h2 s1z1u1,...,hq s1z1u1}；在第三模拟筛选集Hs1z1u1＝{h1 s1z1u1,h2 s1z1u1,...,hq s1z1u1}中，同样的，按照以上方法，在第三模拟筛选集中，匹配与土壤类型标识和土壤类型的顺序码相同的水文单元，得到第四模拟筛选集Hs1z1u1t1，在第四模拟筛选集Hs1z1u1t1中，匹配与土地利用类型标识和土地利用类型的顺序码相同的水文单元，得到第五模拟筛选集Hs1z1u1t1c1，利用第五模拟筛选集Hs1z1u1t1c1中的水文单元进行水资源***模拟。
在上述步骤S4中，具体地，在水文单元编码库中，匹配与行政区划标识和行政区划的顺序码相同的水文单元，得到第一调控管理筛选集；在第一调控管理筛选集中，匹配与水资源分区标识和水资源分区的顺序码相同的水文单元，得到第二调控管理筛选集；在第二调控管理筛选集中，匹配与计算单元的顺序码相同的水文单元，得到第三调控管理筛选集；在第三调控管理筛选集中，匹配与土壤类型标识和土壤类型的顺序码相同的水文单元，得到第四调控管理筛选集；在第四调控管理筛选集中，匹配与土地利用类型标识和土地利用类型的顺序码相同的水文单元，得到第五调控管理筛选集；利用第五调控管理筛选集中的水文单元进行水资源***调控管理。
其中，水资源分区标识、行政区划标识、土壤类型标识和土地利用类型标识均由不同的字符表示。
本发明的单元划分及编码方法具体如下：
(1)基本单元划分及编码方法：
对水资源***中的水资源分区和行政区划(省、市、县、乡镇)进行叠加，划分出多个基本单元并分别进行编码，如图2所示，基本单元编码中第一位字符(S)代表水资源分区标识，第二到第五位数字代表水资源分区的顺序码，第六位字符(Z)代表行政区划标识，第七到第十位数字代表行政区划的顺序码，编码顺序采用从上至下、从左至右的汇流编码原则进行编码。
(2)计算单元划分及编码方法：
由于基本单元一般面积较大，内部地形变化有可能较大，而高程和坡度的大幅变化对于降雨产汇流影响较大，所以本方案结合数字高程模型，在基本单元内部进一步细化，按照数字高程模型下垫面高程和坡度变化细分提取子流域，生成水资源***的计算单元，如图3所示，计算单元编码在基本单元编码的基础上增加计算单元的顺序码，采用字符加数字的十二位组合编码，其中，第一到第十位为基本单元编码，第十一和第十二位数字代表计算单元的顺序码。
(3)水文单元划分及编码方法：
计算单元进行水文模拟过程中，下垫面土壤类型和土地利用分布为关键因素，因此，本方案在计算单元的基础上，根据土壤类型和土地利用类型分布，进一步叠加细化划分形成水文单元，用于降雨产汇流等水文模拟。由于土地利用空间分布图在农业方面一般划分为水田和旱地两种类型，未能体现行政区划内的作物类型分布，本方案在土地利用空间分布图的基础上，融入各行政区划不同类型作物的实测数据，得到土地利用细化分布图，通过土地利用细化分布图和土壤类型分布图得到水文单元。
如图4所示，在计算单元编码的基础上，水文单元编码采用字符和数字的组合编码，共十六位，其中第一到第十二位为计算单元编码，第十三到第十六位为计算单元内部的水文单元标识，其中，第十三位字符代表土壤类型标识，第十四位数字代表土壤类型的顺序码，第十五位字符代表土地利用类型标识，第十六位数字代表土地利用类型的顺序码。
本发明，通过将水资源***按照基本单元、计算单元和水文单元进行三级单元划分，根据水资源分区和行政区划的叠加，划分为多个基本单元，根据数字高程模型将每个基本单元划分为多个计算单元，根据土壤类型和土地利用类型将每个计算单元划分为多个水文单元，实现了行政区划和水文循环相结合的需求，使水循环模拟和水资源调控管理更精细化，减轻了调控管理时的工作量，提高了效率。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下作出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种水资源***模拟和调控管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
根据水资源分区和行政区划将水资源***划分为多个基本单元，并分别进行编码，基本单元编码中包括水资源分区标识字段、水资源分区的顺序码字段、行政区划标识字段和行政区划的顺序码字段；
根据数字高程模型将每个基本单元划分为多个计算单元，并分别进行编码，计算单元编码中包括基本单元编码和计算单元的顺序码字段；
根据土壤类型和土地利用类型将每个计算单元划分为多个水文单元，并分别进行编码，水文单元编码中包括计算单元编码、土壤类型标识字段、土壤类型的顺序码字段、土地利用类型标识字段和土地利用类型的顺序码字段，利用水文单元编码生成水文单元编码库；
根据调控管理需求，对水文单元编码库中的水资源分区标识、水资源分区的顺序码、行政区划标识、行政区划的顺序码、计算单元的顺序码、土壤类型标识、土壤类型的顺序码、土地利用类型标识和土地利用类型的顺序码进行匹配取样，利用取样得到的水文单元进行水资源***模拟和调控管理。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
在所述水文单元编码库中，匹配与水资源分区标识和水资源分区的顺序码相同的水文单元，得到第一模拟筛选集；
在所述第一模拟筛选集中，匹配与行政区划标识和行政区划的顺序码相同的水文单元，得到第二模拟筛选集；
在所述第二模拟筛选集中，匹配与计算单元的顺序码相同的水文单元，得到第三模拟筛选集；
在所述第三模拟筛选集中，匹配与土壤类型标识和土壤类型的顺序码相同的水文单元，得到第四模拟筛选集；
在所述第四模拟筛选集中，匹配与土地利用类型标识和土地利用类型的顺序码相同的水文单元，得到第五模拟筛选集；
利用所述第五模拟筛选集中的水文单元进行水资源***模拟。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
在所述水文单元编码库中，匹配与行政区划标识和行政区划的顺序码相同的水文单元，得到第一调控管理筛选集；
在所述第一调控管理筛选集中，匹配与水资源分区标识和水资源分区的顺序码相同的水文单元，得到第二调控管理筛选集；
在所述第二调控管理筛选集中，匹配与计算单元的顺序码相同的水文单元，得到第三调控管理筛选集；
在所述第三调控管理筛选集中，匹配与土壤类型标识和土壤类型的顺序码相同的水文单元，得到第四调控管理筛选集；
在所述第四调控管理筛选集中，匹配与土地利用类型标识和土地利用类型的顺序码相同的水文单元，得到第五调控管理筛选集；
利用所述第五调控管理筛选集中的水文单元进行水资源***调控管理。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水文单元编码由字符和数字组成，共十六位，其中，第一位字符代表水资源分区标识，第二到第五位数字代表水资源分区的顺序码，第六位字符代表行政区划标识，第七到第十位数字代表行政区划的顺序码，第十一和第十二位数字代表计算单元的顺序码，第十三位字符代表土壤类型标识，第十四位数字代表土壤类型的顺序码，第十五位字符代表土地利用类型标识，第十六位数字代表土地利用类型的顺序码。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述水资源分区标识、行政区划标识、土壤类型标识和土地利用类型标识均由不同的字符表示。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述数字高程模型下垫面高程和坡度变化阈值的面积将每个基本单元划分为多个计算单元。
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