本發(fā)明涉及水資源管理領(lǐng)域，具體涉及一種水資源系統(tǒng)模擬和調(diào)控管理方法。

背景技術(shù)：

由于自然與人類(lèi)活動(dòng)等眾多因子的交織影響和作用，人類(lèi)正面臨著水資源短缺、水災(zāi)害加劇和生態(tài)環(huán)境惡化的嚴(yán)峻局面，為了從根本上解決這些問(wèn)題，需要從可再生的角度來(lái)考慮維持水資源循環(huán)往復(fù)、可持續(xù)利用的調(diào)控機(jī)理，即對(duì)水資源進(jìn)行調(diào)控管理。水資源系統(tǒng)單元作為水資源系統(tǒng)的重要基本組成，其劃分方法對(duì)于水資源系統(tǒng)模擬和調(diào)控管理具有直接影響，尤其是在水資源管理應(yīng)用方面，水資源系統(tǒng)單元?jiǎng)澐址椒ㄊ撬Y源系統(tǒng)調(diào)控模型的架構(gòu)、模擬、搜索、統(tǒng)計(jì)以及分析等功能優(yōu)劣的關(guān)鍵。為此，需要對(duì)水資源系統(tǒng)單元進(jìn)行有效的劃分，并以此為基礎(chǔ)對(duì)水資源系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)高效的調(diào)控管理。

傳統(tǒng)的水文模型單元多以DEM(Digital Elevation Model，數(shù)字高程模型)提取響應(yīng)的子流域或者格網(wǎng)單元，并根據(jù)土壤類(lèi)型和土地利用類(lèi)型進(jìn)一步劃分為水文響應(yīng)單元等進(jìn)行水文計(jì)算，傳統(tǒng)水文模型單元的這種劃分方法僅適用于流域或河道徑流，對(duì)于現(xiàn)實(shí)水資源管理中以行政區(qū)劃主體的管理方式，上述單元?jiǎng)澐址椒y以界定各行政區(qū)劃水資源情況及各行政邊界的水文變化。另外，傳統(tǒng)水文模型單元有可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)水文單元橫跨若干個(gè)行政區(qū)劃的現(xiàn)象，而傳統(tǒng)水資源系統(tǒng)調(diào)控模型單元一般屬于大中尺度，多會(huì)出現(xiàn)一個(gè)單元包含若干個(gè)水文流域的現(xiàn)象。

上述單元?jiǎng)澐址椒▽?dǎo)致水資源系統(tǒng)模擬和調(diào)控管理難以精細(xì)化，工作量較大，效率較低。

有鑒于此，急需對(duì)現(xiàn)有的水資源系統(tǒng)單元?jiǎng)澐址椒ㄟM(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)現(xiàn)水資源系統(tǒng)模擬和調(diào)控管理的精細(xì)化，減輕調(diào)控管理時(shí)的工作量，提高效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是利用現(xiàn)有的水資源系統(tǒng)單元?jiǎng)澐址椒y以實(shí)現(xiàn)水資源系統(tǒng)模擬和調(diào)控管理的精細(xì)化，工作量較大，效率較低的問(wèn)題。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是提供一種水資源系統(tǒng)模擬和調(diào)控管理方法，包括以下步驟：

根據(jù)水資源分區(qū)和行政區(qū)劃將水資源系統(tǒng)劃分為多個(gè)基本單元，并分別進(jìn)行編碼，基本單元編碼中包括水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)字段、水資源分區(qū)的順序碼字段、行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)字段和行政區(qū)劃的順序碼字段；

根據(jù)數(shù)字高程模型將每個(gè)基本單元?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)計(jì)算單元，并分別進(jìn)行編碼，計(jì)算單元編碼中包括基本單元編碼和計(jì)算單元的順序碼字段；

根據(jù)土壤類(lèi)型和土地利用類(lèi)型將每個(gè)計(jì)算單元?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)水文單元，并分別進(jìn)行編碼，水文單元編碼中包括計(jì)算單元編碼、土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)字段、土壤類(lèi)型的順序碼字段、土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)字段和土地利用類(lèi)型的順序碼字段，利用水文單元編碼生成水文單元編碼庫(kù)；

根據(jù)調(diào)控管理需求，對(duì)水文單元編碼庫(kù)中的水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)、水資源分區(qū)的順序碼、行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)、行政區(qū)劃的順序碼、計(jì)算單元的順序碼、土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)、土壤類(lèi)型的順序碼、土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土地利用類(lèi)型的順序碼進(jìn)行匹配取樣，利用取樣得到的水文單元進(jìn)行水資源系統(tǒng)模擬和調(diào)控管理。

在上述技術(shù)方案中，

在所述水文單元編碼庫(kù)中，匹配與水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)和水資源分區(qū)的順序碼相同的水文單元，得到第一模擬篩選集；

在所述第一模擬篩選集中，匹配與行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)和行政區(qū)劃的順序碼相同的水文單元，得到第二模擬篩選集；

在所述第二模擬篩選集中，匹配與計(jì)算單元的順序碼相同的水文單元，得到第三模擬篩選集；

在所述第三模擬篩選集中，匹配與土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土壤類(lèi)型的順序碼相同的水文單元，得到第四模擬篩選集；

在所述第四模擬篩選集中，匹配與土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土地利用類(lèi)型的順序碼相同的水文單元，得到第五模擬篩選集；

利用所述第五模擬篩選集中的水文單元進(jìn)行水資源系統(tǒng)模擬。

在上述技術(shù)方案中，

在所述水文單元編碼庫(kù)中，匹配與行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)和行政區(qū)劃的順序碼相同的水文單元，得到第一調(diào)控管理篩選集；

在所述第一調(diào)控管理篩選集中，匹配與水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)和水資源分區(qū)的順序碼相同的水文單元，得到第二調(diào)控管理篩選集；

在所述第二調(diào)控管理篩選集中，匹配與計(jì)算單元的順序碼相同的水文單元，得到第三調(diào)控管理篩選集；

在所述第三調(diào)控管理篩選集中，匹配與土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土壤類(lèi)型的順序碼相同的水文單元，得到第四調(diào)控管理篩選集；

在所述第四調(diào)控管理篩選集中，匹配與土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土地利用類(lèi)型的順序碼相同的水文單元，得到第五調(diào)控管理篩選集；

利用所述第五調(diào)控管理篩選集中的水文單元進(jìn)行水資源系統(tǒng)調(diào)控管理。

在上述技術(shù)方案中，所述水文單元編碼由字符和數(shù)字組成，共十六位，其中，第一位字符代表水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)，第二到第五位數(shù)字代表水資源分區(qū)的順序碼，第六位字符代表行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)，第七到第十位數(shù)字代表行政區(qū)劃的順序碼，第十一和第十二位數(shù)字代表計(jì)算單元的順序碼，第十三位字符代表土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)，第十四位數(shù)字代表土壤類(lèi)型的順序碼，第十五位字符代表土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)，第十六位數(shù)字代表土地利用類(lèi)型的順序碼。

在上述技術(shù)方案中，所述水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)、行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)、土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)均由不同的字符表示。

在上述技術(shù)方案中，根據(jù)所述數(shù)字高程模型下墊面高程和坡度變化閾值的面積將每個(gè)基本單元?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)計(jì)算單元。

本發(fā)明，通過(guò)將水資源系統(tǒng)按照“基本單元-計(jì)算單元-水文單元”進(jìn)行三級(jí)單元?jiǎng)澐?，根?jù)水資源分區(qū)和行政區(qū)劃的疊加，劃分為多個(gè)基本單元，根據(jù)數(shù)字高程模型將每個(gè)基本單元?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)計(jì)算單元，根據(jù)土壤類(lèi)型和土地利用類(lèi)型將每個(gè)計(jì)算單元?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)水文單元，實(shí)現(xiàn)了行政區(qū)劃和水文分區(qū)相結(jié)合的需求，使水資源系統(tǒng)模擬和水資源系統(tǒng)調(diào)控管理更精細(xì)化，減輕了調(diào)控管理時(shí)的工作量，提高了效率。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種水資源系統(tǒng)模擬和調(diào)控管理方法流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的基本單元?jiǎng)澐旨熬幋a方法示意圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的計(jì)算單元?jiǎng)澐旨熬幋a方法示意圖；

圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的水文單元?jiǎng)澐旨熬幋a方法示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合說(shuō)明書(shū)附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明做出詳細(xì)的說(shuō)明。

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種水資源系統(tǒng)模擬和調(diào)控管理方法，如圖1所示，包括以下步驟：

S1、根據(jù)水資源分區(qū)和行政區(qū)劃將水資源系統(tǒng)劃分為多個(gè)基本單元，并分別進(jìn)行編碼，基本單元編碼中包括水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)字段、水資源分區(qū)的順序碼字段、行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)字段和行政區(qū)劃的順序碼字段。

S2、根據(jù)數(shù)字高程模型下墊面高程和坡度變化閾值的面積將每個(gè)基本單元?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)計(jì)算單元，并分別進(jìn)行編碼，計(jì)算單元編碼中包括基本單元編碼和計(jì)算單元的順序碼字段。

S3、根據(jù)土壤類(lèi)型和土地利用類(lèi)型將每個(gè)計(jì)算單元?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)水文單元，并分別進(jìn)行編碼，水文單元編碼中包括計(jì)算單元編碼、土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)字段、土壤類(lèi)型的順序碼字段、土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)字段和土地利用類(lèi)型的順序碼字段，利用水文單元編碼生成水文單元編碼庫(kù)。

S4、根據(jù)調(diào)控管理需求，對(duì)水文單元編碼庫(kù)中的水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)、水資源分區(qū)的順序碼、行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)、行政區(qū)劃的順序碼、計(jì)算單元的順序碼、土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)、土壤類(lèi)型的順序碼、土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土地利用類(lèi)型的順序碼進(jìn)行匹配取樣，利用取樣得到的水文單元進(jìn)行水資源系統(tǒng)模擬和調(diào)控管理。

上述水文單元編碼由字符和數(shù)字組成，共十六位，其中，第一位字符代表水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)，第二到第五位數(shù)字代表水資源分區(qū)的順序碼，第六位字符代表行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)，第七到第十位數(shù)字代表行政區(qū)劃的順序碼，第十一和第十二位數(shù)字代表計(jì)算單元的順序碼，第十三位字符代表土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)，第十四位數(shù)字代表土壤類(lèi)型的順序碼，第十五位字符代表土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)，第十六位數(shù)字代表土地利用類(lèi)型的順序碼。

在上述步驟S4中，具體地，在水文單元編碼庫(kù)中，匹配與水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)和水資源分區(qū)的順序碼相同的水文單元，得到第一模擬篩選集；在第一模擬篩選集中，匹配與行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)和行政區(qū)劃的順序碼相同的水文單元，得到第二模擬篩選集；在第二模擬篩選集中，匹配與計(jì)算單元的順序碼相同的水文單元，得到第三模擬篩選集；在第三模擬篩選集中，匹配與土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土壤類(lèi)型的順序碼相同的水文單元，得到第四模擬篩選集；在第四模擬篩選集中，匹配與土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土地利用類(lèi)型的順序碼相同的水文單元，得到第五模擬篩選集；利用第五模擬篩選集中的水文單元進(jìn)行水資源系統(tǒng)模擬。

例如，在水文單元編碼庫(kù)H＝{h1,h2,...,hm}中，水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)和水資源分區(qū)的順序碼組成的集合為S＝{s1,s2,...,sn}，選擇s1，在水文單元編碼庫(kù)H＝{h1,h2,...,hm}中依次搜索水文單元編碼的第1-5位，依次進(jìn)行匹配取樣，得到水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)和水資源分區(qū)的順序碼與s1一致的第一模擬篩選集H_s1＝{h¹_s1,h²_s1,...,h^k_s1}；行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)和行政區(qū)劃的順序碼組成的集合為Z＝{z1,z2,...,zt}，選擇z1，在第一模擬篩選集H_s1＝{h¹_s1,h²_s1,...,h^k_s1}中依次搜索水文單元編碼的第6-10位，依次進(jìn)行匹配取樣，得到行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)和行政區(qū)劃的順序碼與z1一致的第二模擬篩選集H_s1z1＝{h¹_s1z1,h²_s1z1,...,h^p_s1z1}；計(jì)算單元的順序碼集合為U＝{u1,u2,...,un}，選擇u1，在第二模擬篩選集H_s1z1＝{h¹_s1z1,h²_s1z1,...,h^p_s1z1}中依次搜索水文單元編碼的第11-12位，依次進(jìn)行匹配取樣，得到計(jì)算單元的順序碼與u1一致的第三模擬篩選集H_s1z1u1＝{h¹_s1z1u1,h²_s1z1u1,...,h^q_s1z1u1}；在第三模擬篩選集H_s1z1u1＝{h¹_s1z1u1,h²_s1z1u1,...,h^q_s1z1u1}中，同樣的，按照以上方法，在第三模擬篩選集中，匹配與土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土壤類(lèi)型的順序碼相同的水文單元，得到第四模擬篩選集H_s1z1u1t1，在第四模擬篩選集H_s1z1u1t1中，匹配與土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土地利用類(lèi)型的順序碼相同的水文單元，得到第五模擬篩選集H_s1z1u1t1c1，利用第五模擬篩選集H_s1z1u1t1c1中的水文單元進(jìn)行水資源系統(tǒng)模擬。

在上述步驟S4中，具體地，在水文單元編碼庫(kù)中，匹配與行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)和行政區(qū)劃的順序碼相同的水文單元，得到第一調(diào)控管理篩選集；在第一調(diào)控管理篩選集中，匹配與水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)和水資源分區(qū)的順序碼相同的水文單元，得到第二調(diào)控管理篩選集；在第二調(diào)控管理篩選集中，匹配與計(jì)算單元的順序碼相同的水文單元，得到第三調(diào)控管理篩選集；在第三調(diào)控管理篩選集中，匹配與土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土壤類(lèi)型的順序碼相同的水文單元，得到第四調(diào)控管理篩選集；在第四調(diào)控管理篩選集中，匹配與土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土地利用類(lèi)型的順序碼相同的水文單元，得到第五調(diào)控管理篩選集；利用第五調(diào)控管理篩選集中的水文單元進(jìn)行水資源系統(tǒng)調(diào)控管理。

其中，水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)、行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)、土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)和土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)均由不同的字符表示。

本發(fā)明的單元?jiǎng)澐旨熬幋a方法具體如下：

(1)基本單元?jiǎng)澐旨熬幋a方法：

對(duì)水資源系統(tǒng)中的水資源分區(qū)和行政區(qū)劃(省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn))進(jìn)行疊加，劃分出多個(gè)基本單元并分別進(jìn)行編碼，如圖2所示，基本單元編碼中第一位字符(S)代表水資源分區(qū)標(biāo)識(shí)，第二到第五位數(shù)字代表水資源分區(qū)的順序碼，第六位字符(Z)代表行政區(qū)劃標(biāo)識(shí)，第七到第十位數(shù)字代表行政區(qū)劃的順序碼，編碼順序采用從上至下、從左至右的匯流編碼原則進(jìn)行編碼。

(2)計(jì)算單元?jiǎng)澐旨熬幋a方法：

由于基本單元一般面積較大，內(nèi)部地形變化有可能較大，而高程和坡度的大幅變化對(duì)于降雨產(chǎn)匯流影響較大，所以本方案結(jié)合數(shù)字高程模型，在基本單元內(nèi)部進(jìn)一步細(xì)化，按照數(shù)字高程模型下墊面高程和坡度變化細(xì)分提取子流域，生成水資源系統(tǒng)的計(jì)算單元，如圖3所示，計(jì)算單元編碼在基本單元編碼的基礎(chǔ)上增加計(jì)算單元的順序碼，采用字符加數(shù)字的十二位組合編碼，其中，第一到第十位為基本單元編碼，第十一和第十二位數(shù)字代表計(jì)算單元的順序碼。

(3)水文單元?jiǎng)澐旨熬幋a方法：

計(jì)算單元進(jìn)行水文模擬過(guò)程中，下墊面土壤類(lèi)型和土地利用分布為關(guān)鍵因素，因此，本方案在計(jì)算單元的基礎(chǔ)上，根據(jù)土壤類(lèi)型和土地利用類(lèi)型分布，進(jìn)一步疊加細(xì)化劃分形成水文單元，用于降雨產(chǎn)匯流等水文模擬。由于土地利用空間分布圖在農(nóng)業(yè)方面一般劃分為水田和旱地兩種類(lèi)型，未能體現(xiàn)行政區(qū)劃內(nèi)的作物類(lèi)型分布，本方案在土地利用空間分布圖的基礎(chǔ)上，融入各行政區(qū)劃不同類(lèi)型作物的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，得到土地利用細(xì)化分布圖，通過(guò)土地利用細(xì)化分布圖和土壤類(lèi)型分布圖得到水文單元。

如圖4所示，在計(jì)算單元編碼的基礎(chǔ)上，水文單元編碼采用字符和數(shù)字的組合編碼，共十六位，其中第一到第十二位為計(jì)算單元編碼，第十三到第十六位為計(jì)算單元內(nèi)部的水文單元標(biāo)識(shí)，其中，第十三位字符代表土壤類(lèi)型標(biāo)識(shí)，第十四位數(shù)字代表土壤類(lèi)型的順序碼，第十五位字符代表土地利用類(lèi)型標(biāo)識(shí)，第十六位數(shù)字代表土地利用類(lèi)型的順序碼。

本發(fā)明，通過(guò)將水資源系統(tǒng)按照基本單元、計(jì)算單元和水文單元進(jìn)行三級(jí)單元?jiǎng)澐郑鶕?jù)水資源分區(qū)和行政區(qū)劃的疊加，劃分為多個(gè)基本單元，根據(jù)數(shù)字高程模型將每個(gè)基本單元?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)計(jì)算單元，根據(jù)土壤類(lèi)型和土地利用類(lèi)型將每個(gè)計(jì)算單元?jiǎng)澐譃槎鄠€(gè)水文單元，實(shí)現(xiàn)了行政區(qū)劃和水文循環(huán)相結(jié)合的需求，使水循環(huán)模擬和水資源調(diào)控管理更精細(xì)化，減輕了調(diào)控管理時(shí)的工作量，提高了效率。

本發(fā)明不局限于上述最佳實(shí)施方式，任何人在本發(fā)明的啟示下作出的結(jié)構(gòu)變化，凡是與本發(fā)明具有相同或相近的技術(shù)方案，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。