一种社会供用水系统中确定供用水关系的方法与流程

本发明涉及水资源管理领域，具体涉及一种社会供用水系统中确定供用水关系的方法。

背景技术：

社会供用水系统一般包括供水工程(水库)和用水单元(用水户)，二者之间通过自然河道或者人工渠道连接，形成了一个复杂的拓扑结构。借助计算机信息技术对社会供用水系统进行管理，需要智能搜索供水工程供水给哪些用水单元，或者用水单元由哪些供水工程供水等，为此，首先需要建立一套有效的水循环区域河道编码体系，并以此为基础进行科学高效的管理。

目前，最常用的区域河道编码体系是Pfafstetter编码体系，基于河网的拓扑关系及河道的集水面积，对流域进行从大到小的逐级划分和编码，该编码体系的最大优点在于编码方法简单、易懂，采用十进制比较符合人们的习惯，并且可采用计算机自动处理，因此广泛应用于北美和欧洲(德国、挪威、葡萄牙、爱尔兰、芬兰和西班牙等)，中国也普遍采用，但是，Pfafstetter编码体系存在以下问题：

(1)集水区划分或水网变化时，编码必须重排，稳定性弱；

(2)该编码方法采用树状分叉规则，很难直接反映河网水系的拓扑关系；

(3)受十进制编码方法的限制，每层子流域划分的个数不能超过9个，同时存在子流域划分层级与子流域面积大小协调难的问题。

上述问题造成，在社会供用水系统智能化管理中，搜索网络节点时查询检索的工作量较大，效率较低。

有鉴于此，急需对现有的河网水系拓扑的编码体系进行改进，以应用于社会供用水系统，以减轻搜索网络节点时的工作量，提高效率。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是在水资源系统科学管理过程中，利用现有的河道编码体系导致搜索网络节点的工作量较大，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社会供用水系统中确定供用水关系的方法，包括以下步骤：

采用河段编码对社会供用水系统中的各网络节点之间相互连接的河道或渠道进行编码，所述网络节点包括供水节点和用水节点，且分别具有唯一的标识，所述河段编码中包括流域类别字段、河道或渠道类别字段、供水节点的顺序码字段和用水节点的顺序码字段；

利用所述河段编码生成河段编码库；

选择需要确定供用水关系的当前网络节点的标识，利用所述河段编码库，采用三级递进模式，依次对河段编码中的流域类别、连接当前网络节点与下一级网络节点的河道或渠道类别、当前网络节点对应的顺序码进行匹配，获得相应的筛选集，其中下一级筛选集以上一级筛选集为基础进行匹配；并根据最后一级筛选集中当前网络节点对应的下一级网络节点的顺序码，确定供用水关系。

在上述技术方案中，获取供水节点供水给哪些用水节点的供用水关系包括以下步骤：

在所述河段编码库中，匹配与供水节点的流域类别相同的河道或渠道，得到第一用水筛选集；

在所述第一用水筛选集中，匹配与供水节点和用水节点之间的河道或渠道类别相同的河道或渠道，得到第二用水筛选集；

在所述第二用水筛选集中，匹配与供水节点的顺序码相同的河道或渠道，得到第三用水筛选集；

在所述第三用水筛选集中，获取供水节点对应的用水节点的顺序码，确定供用水关系。

在上述技术方案中，获取用水节点由哪些供水节点供水的供用水关系包括以下步骤：

在所述河段编码库中，匹配与用水节点的流域类别相同的河道或渠道，得到第一供水筛选集；

在所述第一供水筛选集中，匹配与供水节点和用水节点之间的河道或渠道类别相同的河道或渠道，得到第二供水筛选集；

在所述第二供水筛选集中，匹配与用水节点的顺序码相同的河道或渠道，得到第三供水筛选集；

在所述第三供水筛选集中，获取用水节点对应的供水节点的顺序码，确定供用水关系。

在上述技术方案中，采用公式搜索网络节点，式中：

$K_n^1=\underset{n=1}{\overset{m1}{U}}(X_n^0=Y_t^1);$

$K_n^2=\underset{n=1}{\overset{m2}{U}}(K_n^1=Y_t^2);$

$K_n^3=\underset{n=1}{\overset{m3}{U}}(K_n^2=Y_t^3);$

和分别表示第一、第二和第三用水筛选集或第一、第二和第三供水筛选集；表示河段编码库记录集；m1表示河段编码库最大记录数；m2表示中河段编码最大记录数；m3表示中河段编码最大记录数；n表示河段编码记录指针；Y_t¹表示供水节点或用水节点的流域类别；Y_t²表示连接供水节点和用水节点的河道或渠道类别；Y_t³表示供水节点的顺序码或用水节点的顺序码。

在上述技术方案中，所述河段编码包括两部分，第一部分为四位字符，其中，第一和第二位字符代表网络节点的流域类别，第三和第四位字符代表连接两个网络节点的河道或渠道类别；第二部分为八位数字，其中，第五到第八位数字代表当前网络节点的顺序码，第九到第十二位数字代表与当前网络节点相连的下一级网络节点的顺序码。

在上述技术方案中，所述网络节点的标识由字符和顺序号组合而成，所述河道或渠道类别由该河道或渠道连接的两个网络节点的标识的字符组合而成，且标识连接供水节点和用水节点的河道或渠道类别的字符分别用不同的第一字符和第二字符组合表示。

本发明提供了一种社会供用水系统中确定供用水关系的方法，对现有的河网水系拓扑的编码体系进行改进，采用河段编码对社会供用水系统中的各网络节点之间相互连接的自然河道或人工渠道进行编码，每一个网络节点均有一个唯一的标识，河段编码中包括流域类别字段、河道或渠道类别字段、供水节点的顺序码字段和用水节点的顺序码字段，可以用于社会供用水系统中确定供用水关系，获取供水节点供水给哪些用水节点的供用水关系，以及获取用水节点由哪些供水节点供水的供用水关系，并且能够减轻搜索网络节点的工作量，提高水资源管理的效率。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种社会供用水系统中确定供用水关系的方法流程图；

图2为本发明实施例提供的获取供水节点供水给哪些用水节点的供用水关系流程图；

图3为本发明实施例提供的获取用水节点由哪些供水节点供水的供用水关系流程图；

图4为本发明实施例提供的供水节点与供水节点之间的河道或渠道示意图；

图5为本发明实施例提供的供水节点与用水节点之间的河道或渠道示意图；

图6为本发明实施例提供的用水节点与用水节点之间的河道或渠道示意图；

图7为本发明实施例提供的社会供用水系统网络示意图；

图8为本发明实施例提供的获取供水节点r3供水给哪些用水节点的流程图。

具体实施方式

基于人类活动区域内既有自然河道也有人工渠道的考虑，本发明提供了一种“自然河道-人工渠道”二元水循环区域河段编码技术，河段编码(WAS_NHD)是识别每个河段的唯一标识码，本方案采用的是四位字符型与八位数字型的四叉树河段编码技术，该河段编码分为两个部分，第一部分(河段编码的前4位)为河道或渠道属性码，代表流域类别和河道或渠道类别，河道或渠道类别包括各流域内的供水节点间河道或渠道、用水节点间河道或渠道、供水节点与用水节点间河道或渠道；第二部分(河段编码的后8位)为河道或渠道顺序码，只需保证河道或渠道的顺序码不同即可。

每一河段编码在本系统中只出现一次，一个河段编码一旦赋予一个河段，则该河段将永久拥有该河段编码，并且该河段编码不得更改，只有在该河段被删除后，这一河段编码才可以为停止使用状态。河段编码对“自然河道-人工渠道”二元水循环综合模拟具有重要作用，可以作为查询检索河段或者河段上的关键河流断面的地理编码。

本方案采用河段编码对社会供用水系统中的各网络节点(包括供水节点和用水节点)之间相互连接的自然河道或人工渠道进行编码，每一个网络节点均由一个唯一的标识，河段编码中包括流域类别字段、河道或渠道类别字段、供水节点的顺序码字段和用水节点的顺序码字段，可以用于社会供用水系统中确定供用水关系，获取供水节点供水给哪些用水节点的供用水关系，以及获取用水节点由哪些供水节点供水的供用水关系，并且能够减轻搜索网络节点的工作量，提高水资源管理的效率。

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社会供用水系统中确定供用水关系的方法，如图1所示，包括以下步骤：

S1、采用河段编码对社会供用水系统中的各网络节点之间相互连接的河道或渠道进行编码，网络节点包括供水节点和用水节点，且分别具有唯一的标识，河段编码中包括流域类别字段、河道或渠道类别字段、供水节点的顺序码字段和用水节点的顺序码字段。

S2、利用河段编码生成河段编码库。

S3、选择需要确定供用水关系的当前网络节点的标识，利用河段编码库，采用三级递进模式，依次对河段编码中的流域类别、连接当前网络节点与下一级网络节点的河道或渠道类别、当前网络节点对应的顺序码进行匹配，获得相应的筛选集，其中下一级筛选集以上一级筛选集为基础进行匹配；并根据最后一级筛选集中当前网络节点对应的下一级网络节点的顺序码，确定供用水关系。

如图2所示，获取供水节点供水给哪些用水节点的供用水关系包括以下步骤：

S10、在河段编码库中，匹配与供水节点的流域类别相同的河道或渠道，得到第一用水筛选集。

S11、在第一用水筛选集中，匹配与供水节点和用水节点之间的河道或渠道类别相同的河道或渠道，得到第二用水筛选集。

S12、在第二用水筛选集中，匹配与供水节点的顺序码相同的河道或渠道，得到第三用水筛选集。

S13、在第三用水筛选集中，获取供水节点对应的用水节点的顺序码，确定供用水关系。

如图3所示，获取用水节点由哪些供水节点供水的供用水关系包括以下步骤：

S20、在河段编码库中，匹配与用水节点的流域类别相同的河道或渠道，得到第一供水筛选集。

S21、在第一供水筛选集中，匹配与供水节点和用水节点之间的河道或渠道类别相同的河道或渠道，得到第二供水筛选集。

S22、在第二供水筛选集中，匹配与用水节点的顺序码相同的河道或渠道，得到第三供水筛选集。

S23、在第三供水筛选集中，获取用水节点对应的供水节点的顺序码，确定供用水关系。

河道整体上可以用来承载上下游来水过程、输水蒸发损失、输水渗漏损失，并参与水量平衡计算。河段编码在使用上分为两个方向，一个是向上扩展，一个是向下扩展，向上扩展可以用于下游供水节点或用水节点的用水需求链接的建立，向下扩展可以用于上游供水节点供水或弃水通道的建立，采用公式搜索网络节点，式中：

$K_n^1=\underset{n=1}{\overset{m1}{U}}(X_n^0=Y_t^1);$

$K_n^2=\underset{n=1}{\overset{m2}{U}}(X_n^1=Y_t^2);$

$K_n^3=\underset{n=1}{\overset{m3}{U}}(K_n^2=Y_t^3);$

和分别表示第一、第二和第三用水筛选集或第一、第二和第三供水筛选集；表示河段编码库记录集；m1表示河段编码库最大记录数；m2表示中河段编码最大记录数；m3表示中河段编码最大记录数；n表示河段编码记录指针；Y_t¹表示供水节点或用水节点的流域类别；Y_t²表示连接供水节点和用水节点的河道或渠道类别；Y_t³表示供水节点的顺序码或用水节点的顺序码。

供水节点和用水节点二者之间的联系通道为自然河道或者人工渠道，社会供用水系统中的自然河道或人工渠道按照供水节点和用水节点的连接关系分为以下三类：供水节点与供水节点之间的河道或渠道，为河道径流或弃水通道；供水节点与用水节点之间的河道或渠道，为输水通道；用水节点与用水节点之间的河道或渠道，为上、下游用水节点间的径流或弃水通道。

网络节点的标识由字符和顺序号组合而成，河道或渠道类别由该河道或渠道连接的两个网络节点的标识的字符组合而成，且标识连接供水节点和用水节点的河道或渠道类别的字符分别用不同的第一字符和第二字符组合表示。

供水节点和用水节点分别用不同的第一字符R和第二字符U表示，如图4所示，供水节点与供水节点之间的河道或渠道类别用两个第一字符R表示，即RR；如图5所示，供水节点与用水节点之间的河道或渠道类别用第一字符R和第二字符U的组合表示，即RU；如图6所示，用水节点与用水节点之间的河道或渠道类别用两个第二字符U表示，即UU；其中图4-图6中B代表流域。

本方案采用四位字符型与八位数字型的四叉树河段编码技术，该河段编码包括两部分，第一部分为四位字符，其中，第一和第二位字符代表网络节点的流域类别，第三和第四位字符代表连接两个网络节点的河道或渠道类别；第二部分为八位数字，其中，第五到第八位数字代表当前网络节点的顺序码，第九到第十二位数字代表与当前网络节点相连的下一级网络节点的顺序码。河段编码实例如下：FARU00010002，FARR00010002，FAUU00010002；

在上述河段编码中，具体说明如下：

第1-2位代表流域类别，按照全国流域区划代码表示；

第3-4位代表河道或渠道类别，可代表R-供水节点、U-用水节点的类别，如RR表示供水节点和供水节点之间的河道或渠道，RU表示供水节点和用水节点之间的河道或渠道，UU表示用水节点和用水节点之间的河道或渠道；

第5-8位代表第3位(供水节点或用水节点)的顺序码；

第9-12位代表第4位(供水节点或用水节点)的顺序码。

在对社会供用水系统进行管理过程中，需要智能搜索供水节点供水给哪些用水节点，用水节点由哪些供水节点供水，以图7所示的社会供用水系统网络为例，获取供水节点r3供水给哪些用水节点的流程如图8所示，具体包括以下步骤：

S101、在河段编码库中，定位第一和第二位字符，匹配与供水节点r3所在流域(FA)相同的河道或渠道，得到第一用水筛选集(即FARR00010003、FARR00020003、FARU00010001、FARU00030001、FARU00020002、FARU00030003、FAUU00010003和FAUU00020003)。

S102、在第一用水筛选集中，定位第三和第四位字符，匹配与供水节点r3和用水节点之间的河道或渠道类别代码RU相同的河道或渠道，在第一用水筛选集基础上得到第二用水筛选集(即FARU00010001、FARU00030001、FARU00020002和FARU00030003)。

S103、在第二用水筛选集中，定位第五到第八位数字，匹配与供水节点r3的顺序码0003相同的河道或渠道，得到第三用水筛选集(即FARU00030001和FARU00030003)。

S104、在第三用水筛选集中，获取供水节点r3对应的用水节点的顺序码，从而确定供水节点r3和用水节点u1、用水节点u3的供用水关系(即顺序码为0001、0003的用水节点为供水节点r3的供水范围)。

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。