一种渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法及装置与流程

1.本发明涉及生态水文技术领域，具体涉及一种渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法及装置。


背景技术：

2.干旱灌区灌溉输水及田间渗漏水量通过直接供给沿途植被、湖泊湿地或先入渗补给地下水再通过潜水蒸发等途径提供给植被及河湖生态，这部分水分是决定绿洲生态系统健康的关键，灌溉水支撑着干旱区绿洲的农业与生态。
3.在灌溉中，渠道衬砌会显著减少渗漏，减少灌区地下水补充，引起生态系统耗水（生态耗水量指除农田耗水和工业生活耗水以外的植被、河湖湿地等蒸发、蒸腾耗水量）发生相应的改变，目前渠道衬砌对灌区生态耗水影响的大多采用定性评价的方式，无法实现对生态耗水影响的精准评估。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供了涉及一种渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法及装置，以解决现有技术中采用定性评估对生态耗水的影响准确性较低的技术问题。
5.本发明提出的技术方案如下：本发明实施例第一方面提供一种渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法，包括：获取多个渠道衬砌方案，每个渠道衬砌方案的渠系水利用系数不同；将多个渠道衬砌方案分别输入至灌区水循环模型中，得到每个渠道衬砌方案对应的灌区生态耗水量；根据每个灌区生态耗水量和对应的渠系水利用系数拟合得到评价公式；根据所述评价公式进行对生态耗水的影响评价。
6.可选地，获取多个渠道衬砌方案，包括：基于渠系引水量计算当前区域渠系水利用系数；基于渠系衬砌率改变渠系水利用系数，得到多个区域渠系水利用系数；根据多个区域渠系水利用系数和基准条件得到多个渠道衬砌方案。
7.可选地，基于渠系引水量计算当前区域渠系水利用系数，包括：获取当前各渠系引水量和灌溉放水量；基于当前各渠系引水量和灌溉放水量的比值计算各渠系水利用系数；根据各渠系水利用系数加权平均计算得到区域渠系水利用系数，权重系数由各渠系引水量和总引水量比值确定。
8.可选地，根据渠系衬砌率和渠系水利用系数的关系改变各渠系水利用系数，得到多个各渠系水利用系数，包括：根据渠系衬砌率和渠系水利用系数的关系改变各渠系水利用系数，得到多个各渠系水利用系数；根据改变后的各渠系水利用系数加权计算得到多个区域渠系水利用系数。
9.可选地，所述灌区水循环模型为分布式水循环模型，将多个渠道衬砌方案分别输入至灌区水循环模型中，得到每个渠道衬砌方案对应的灌区生态耗水量，包括：将多个渠道衬砌方案分别输入至灌区水循环模型中，得到每个渠道衬砌方案对应的灌区林地蒸腾量、
灌区草地蒸腾量、灌区引水渠与排水沟水面蒸发量以及灌区湖泊湿地蒸散发量；将灌区林地蒸腾量、灌区草地蒸腾量、灌区引水渠与排水沟水面蒸发量以及灌区湖泊湿地蒸散发量求和得到每个渠道衬砌方案对应的灌区生态耗水量。
10.可选地，所述基准条件包括：引水量数据、气象条件数据、土地利用数据、种植结构数据、绿洲灌区引水、排水及田间灌溉设施数据、用水结构数据以及地下水源置换工程数据。
11.可选地，根据每个灌区生态耗水量和对应的渠系水利用系数拟合得到评价公式，包括：根据每个灌区生态耗水量和对应的渠系水利用系数得到二者的拟合关系；根据所述拟合关系得到渠系水利用系数对灌区生态耗水的评价公式。
12.本发明实施例第二方面提供一种渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价装置，包括：方案确定模块，用于获取多个渠道衬砌方案，每个渠道衬砌方案的渠系水利用系数不同；耗水量计算模块，用于将多个渠道衬砌方案分别输入至灌区水循环模型中，得到每个渠道衬砌方案对应的灌区生态耗水量；公式确定模块，用于根据每个灌区生态耗水量和对应的渠系水利用系数拟合得到评价系数；评价模块，用于根据所述评价公式进行对生态耗水的影响评价。
13.本发明实施例第三方面提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法。
14.本发明实施例第四方面提供一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如本发明实施例第一方面及第一方面任一项所述的渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法。
15.本发明提供的技术方案，具有如下效果：本发明实施例提供的渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法及装置，通过引入渠系水利用系数表征渠道衬砌情况，采用多个渠系水利用系数设置多个不同的渠道衬砌方案，将多个渠道衬砌方案输入至灌区水循环模型中，得到相应方案的灌区生态耗水量，基于每个方案的渠系水利用系数和相应的灌区生态耗水量拟合得到相应的评价公式，即可实现灌区生态耗水量的定量评价。由此，该评价方案揭示了渠道衬砌对灌区生态耗水的影响，为干旱区灌区节水改造工程建设程度与规模提供科技支撑，对灌区健康可持续发展有重大意义。
附图说明
16.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1是根据本发明实施例的渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法的流程图；图2是根据本发明另一实施例的渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法的流程图；
图3是根据本发明实施例的不同渠系衬砌情景下灌区生态耗水量变化示意图；图4是根据本发明实施例的渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价装置的结构框图；图5是根据本发明实施例提供的计算机可读存储介质的结构示意图；图6是根据本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
18.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
19.本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
20.根据本发明实施例，提供了一种渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
21.在本实施例中提供了一种渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法，可用于电子设备，如电脑、手机、平板电脑等，图1是根据本发明实施例渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：步骤s101：获取多个渠道衬砌方案，每个渠道衬砌方案的渠系水利用系数不同。具体地，在设置多个渠道衬砌方案时，先设置基准渠道衬砌方案，然后改变基准渠道衬砌方案中的渠系水利用系数，得到多个渠道衬砌方案。其中，在多个渠道衬砌方案中，只有渠系水利用系数相同，其他条件不变。而渠系水利用系数能够表征渠道衬砌情况，渠系水利用系数不同则说明渠道衬砌率不同。
22.在设置基准渠道衬砌方案时，对于除渠系水利用系数以外的条件具体包括引水量数据、气象条件数据、土地利用数据、种植结构数据、绿洲灌区引水、排水及田间灌溉设施数据、用水结构数据以及地下水源置换工程数据等，在设置多个渠道衬砌方案时，设置这些条件均和基准渠道衬砌方案相同，仅改变渠系水利用系数即可。
23.步骤s102：将多个渠道衬砌方案分别输入至灌区水循环模型中，得到每个渠道衬砌方案对应的灌区生态耗水量。具体地，该灌区水循环需要能够模拟强烈人类活动影响下灌区复杂的自然-社会水循环过程，包括蒸散发、地表-土壤-地下水运动过程、农田灌溉过程、积雪融雪过程、工业与生活用水过程以及水资源配置等过程，为确定灌区冬灌适宜水量
提供分析工具。
24.为得到每个渠道衬砌方案对应的灌区生态耗水量，将每个渠道衬砌方案中的设置条件输入至该灌区水循环模型中，可以通过模拟并计算得到相应渠道衬砌方案对应的灌区生态耗水量。其中，对于灌区水循环模型可以采用为分布式水循环模型（water allocation and cycle model，wacm），该模型为基于自然水循环过程和人工影响过程构成的自然-人工复合水循环系统模型，尤其适用于人类活动频繁的平原区水循环过程模拟。
25.步骤s103：根据每个灌区生态耗水量和对应的渠系水利用系数拟合得到评价公式。具体地，通过上述步骤的计算，可以得到每个渠道衬砌方案对应的灌区生态耗水量，而渠系水利用系数能够表征渠道衬砌情况，因此可以以每个渠道衬砌方案的渠系水利用系数作为横坐标，每个渠道衬砌方案对应的灌区生态耗水量作为纵坐标，基于获取的数据进行灌区生态耗水量和渠系水利用系数的拟合，得到该灌区的评价公式。具体地，当通过拟合得到渠系水利用系数和灌区生态耗水量的拟合关系后，基于该拟合关系可以得到该灌区的评价公式。其中，评价公式可能是一次函数公式，也可能是二次函数公式，具体根据实际评价的灌区的生态耗水量与渠系水利用系数之间的关系确定。
26.步骤s104：根据所述评价公式进行对生态耗水的影响评价。采用该评价公式即可对该灌区进行不同渠道衬砌情况下（不同的渠系水利用系数）对于灌区生态耗水量的影响。从而实现对灌区生态耗水的定量评价。
27.本发明实施例提供的渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法，通过引入渠系水利用系数表征渠道衬砌情况，采用多个渠系水利用系数设置多个不同的渠道衬砌方案，将多个渠道衬砌方案输入至灌区水循环模型中，得到相应方案的灌区生态耗水量，基于每个方案的渠系水利用系数和相应的灌区生态耗水量拟合得到相应的评价公式，即可实现灌区生态耗水量的定量评价。由此，该评价方案揭示了渠道衬砌对灌区生态耗水的影响，为干旱区灌区节水改造工程建设程度与规模提供科技支撑，对灌区健康可持续发展有重大意义。
28.在一实施方式中，获取多个渠道衬砌方案，如图2所示，包括如下步骤：步骤s201：基于渠系引水量计算当前区域渠系水利用系数。具体地，在计算区域水利用系数时，先计算该区域内的各个渠系水利用系数，然后综合各个渠系水利用系数得到当前区域渠系水利用系数。
29.其中，各个渠系水利用系数可以从相关部分获取各渠系实测数据。也可以通过获取引水量的方式计算确定。在计算时，先获取当前各渠系引水量和灌溉放水量；基于当前各渠系引水量和灌溉放水量的比值计算各渠系水利用系数；最后通过根据各渠系水利用系数加权平均计算得到区域渠系水利用系数，权重系数由各渠系引水量和总引水量比值确定。该总引水量为当前区域所有渠系的引水量之和。
30.步骤s202：基于渠系衬砌率改变渠系水利用系数，得到多个区域渠系水利用系数。对于计算的当前区域渠系水利用系数可以作为基准渠道衬砌方案中的渠系水利用系数。为了得到多个渠道衬砌方案，可以根据渠系衬砌率，改变渠系水利用系数，从而得到多个具有不同渠系水利用系数的渠道衬砌方案。
31.具体地，可以获取基准渠道衬砌方案中各渠系水利用系数对应的渠系衬砌率，然后在对应的渠系衬砌率的基础上，按照不同阶段设置多个渠系衬砌率，并基于渠系衬砌率和渠系水利用系数的关系确定该多个渠系衬砌率对应的多个渠系水利用系数，最后采用上
述方式，利用多个渠系水利用系数加权计算得到多个区域渠系水利用系数。其中渠系衬砌率和渠系水利用系数的关系可以根据实际情况设置，本发明实施例对此不作限定。
32.步骤s203：根据多个区域渠系水利用系数和基准条件得到多个渠道衬砌方案。具体地，在多个渠道衬砌方案中基准条件不变，只有区域渠系水利用系数不同，即每个区域渠系水利用系数和基准条件结合得到对应的渠道衬砌方案。
33.在一实施方式中，将多个渠道衬砌方案分别输入至灌区水循环模型中，得到每个渠道衬砌方案对应的灌区生态耗水量，包括：将多个渠道衬砌方案分别输入至灌区水循环模型中，得到每个渠道衬砌方案对应的灌区林地蒸腾量、灌区草地蒸腾量、灌区引水渠与排水沟水面蒸发量以及灌区湖泊湿地蒸散发量；将灌区林地蒸腾量、灌区草地蒸腾量、灌区引水渠与排水沟水面蒸发量以及灌区湖泊湿地蒸散发量求和得到每个渠道衬砌方案对应的灌区生态耗水量。
34.在一实施方式中，以宁夏引黄灌区为示例，该渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法采用如下流程实现：首先，该实施例中选择分布式水循环模型作为灌区水循环模型，并对水循环过程中的水面蒸发、径流和地下水过程进行验证。其中蒸发采用研究区各县区气象站2008~2017年4~9月蒸发皿测的水面蒸发资料进行验证；排水过程采用由宁夏发布的水资源公报中的河西、河东、河北和河南灌区2008~2017年排水信息进行验证；地下水位埋深则利用2008~2017年绿洲152眼地下水观测井实测资料进行验证。为定量验证模型模拟精度，采用相对误差re、相关系数r2和确定性效率系数（nse，nash-sutcliffe efficiency coefficient）进行定量计算。
35.其中，水面蒸发验证中水面蒸发实测值和模拟值的r2均高于0.9，nse均高于0.8以上，re小于13%，可知水面蒸发模拟精度较高。研究区灌区排水模拟效果及统计指标，其中有三个灌区排水实测值和模拟值的r2达到0.63以上，但nse均较小，re均小于12%，模拟的精度一般，经检查分析发现，出现这种情况的原因是灌区排水监测的主要是较大的排水沟，而小的排水沟排水量只是根据经验估计获得或者没有监测数据；整体来看对排水的模拟能达到精度要求。
36.地下水位实测值和模拟值的r2达到0.71以上，nse基本都在0.56以上，re均小于20%，模拟结果与实际监测结果拟合较好，在变化趋势上能够较好地反应实际的变化特征。2017年3月、5月、10月和11月地下水位空间分布模拟结果基本能反映实际监测的水位空间分布情况，模拟效果较好。综上可知，宁夏引黄灌溉绿洲水循环的模拟结果整体较好，可用于灌区耗水变化模拟分析。
37.选定灌区水循环模型之后，确定多个渠道衬砌方案。先确定多个渠道衬砌方案中的包括引水量数据、气象条件数据、土地利用数据、种植结构数据、绿洲灌区引水、排水及田间灌溉设施数据、用水结构数据以及地下水源置换工程数据等基准条件。
38.其中，基准条件设置时，以2017年为现状年，各基准条件设置如下：
①
引水量：以研究区2014~2017年平均引水50.83亿m3作为基准方案引水输入数据。
39.②
气象条件：以研究区1990~2017年降水、气温等要素多个年份系列数据作为基准方案的气象输入数据，反映不同降水水平年影响。
40.③
土地利用：以研究区2017年土地利用作为基准方案的土地利用输入数据。
41.④
种植结构：以研究区2017年种植结构作为基准方案的种植结构输入数据。
42.⑤
绿洲灌区引水、排水及田间灌溉设施：以2017年绿洲灌区引水渠道、排水沟道及田间灌溉设施为基准方案的输入数据。
43.⑥
用水结构：以研究区2017年用水结构基础，考虑地下水源置换工程置换的地下水量作为用水结构的输入数据。
44.⑦
地下水源置换工程：参考银川都市圈城乡西线供水工程，置换地下水量2.46亿m3，置换地下水所需的地表水量2.63亿m3全部来源于引黄水。
45.在多个渠道衬砌方案中，先设置基准渠道衬砌方案的渠系水利用系数，然后通过设置多个不同阶段的渠系衬砌率，按照上述计算方式得到多个渠系水利用系数。最终得到的宁夏灌区渠道衬砌方案详见表1所示。基准方案（a0）中渠系水利用系数为2017年的渠系水利用系数0.60，a1~a4方案是参考研究区2025年渠系水利用系数达到0.62~0.70而设置。
46.表1在通过上述步骤可以得到灌区水循环模型以及每个渠道衬砌方案对应的各个数据，然后将每个渠道衬砌方案输入至选定的灌区水循环模型中，得到每个渠道衬砌方案对应的灌区林地蒸腾量、灌区草地蒸腾量、灌区引水渠与排水沟水面蒸发量以及灌区湖泊湿地蒸散发量，然后将这些数据求和，得到灌区生态耗水量。即灌区生态耗水量通过以下公式计算：式中，et
生态
表示灌区生态耗水量，单位为m3；t
林地
表示灌区林地蒸腾量，单位为m3；t
草地
表示灌区草地蒸腾量，单位为m3；et
渠沟水系
表示灌区引水渠与排水沟水面蒸发量，单位为m3；et
湖泊湿地
表示灌区湖泊湿地蒸散发量，单位为m3。
47.通过该公式可以得到上述a0~a4五个渠道衬砌方案对应的生态耗水量如图3所示，将该得到的生态耗水量和对应的渠道衬砌方案的渠系水利用系数进行拟合，得到对应的评
价公式，该实施例中，二者的拟合关系为线性关系，由此，该评价公式表示为：式中：f表示渠道衬砌对灌区生态耗水的影响评价系数，单位为m3；c表示渠系水利用系数，无量纲；b为常数。
48.本发明实施例还提供一种渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价装置，如图4所示，该装置包括：方案确定模块，用于获取多个渠道衬砌方案，每个渠道衬砌方案的渠系水利用系数不同；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
49.耗水量计算模块，用于将多个渠道衬砌方案分别输入至灌区水循环模型中，得到每个渠道衬砌方案对应的灌区生态耗水量；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
50.公式确定模块，用于根据每个灌区生态耗水量和对应的渠系水利用系数拟合得到评价公式；具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
51.评价模块，用于根据所述评价公式进行对生态耗水的影响评价。具体内容参见上述方法实施例对应部分，在此不再赘述。
52.本发明实施例提供的渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价装置，通过引入渠系水利用系数表征渠道衬砌情况，采用多个渠系水利用系数设置多个不同的渠道衬砌方案，将多个渠道衬砌方案输入至灌区水循环模型中，得到相应方案的灌区生态耗水量，基于每个方案的渠系水利用系数和相应的灌区生态耗水量拟合得到相应的评价公式，即可实现灌区生态耗水量的定量评价。由此，该评价方案揭示了渠道衬砌对灌区生态耗水的影响，为干旱区灌区节水改造工程建设程度与规模提供科技支撑，对灌区健康可持续发展有重大意义。
53.本发明实施例提供的渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价装置的功能描述详细参见上述实施例中渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法描述。
54.本发明实施例还提供一种存储介质，如图5所示，其上存储有计算机程序601，该指令被处理器执行时实现上述实施例中渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法的步骤。该存储介质上还存储有音视频流数据，特征帧数据、交互请求信令、加密数据以及预设数据大小等。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体 (read-only memory，rom)、随机存储记忆体 (random access memory，ram)、快闪存储器(flash memory)、硬盘(hard disk drive，缩写：hdd)或固态硬盘 (solid-state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
55.本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（read-only memory，rom）、随机存储记忆体（randomaccessmemory，ram）、快闪存储器（flash memory）、硬盘（hard disk drive，缩写：hdd）或固态硬盘（solid-state drive，ssd)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
56.本发明实施例还提供了一种电子设备，如图6所示，该电子设备可以包括处理器51和存储器52，其中处理器51和存储器52可以通过总线或者其他方式连接，图6中以通过总线
连接为例。
57.处理器51可以为中央处理器（central processing unit，cpu）。处理器51还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（digital signal processor，dsp）、专用集成电路（application specific integrated circuit，asic）、现场可编程门阵列（field-programmable gate array，fpga）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
58.存储器52作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的对应的程序指令/模块。处理器51通过运行存储在存储器52中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法。
59.存储器52可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作装置、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器51所创建的数据等。此外，存储器52可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器52可选包括相对于处理器51远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器51。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
60.所述一个或者多个模块存储在所述存储器52中，当被所述处理器51执行时，执行如图1-3所示实施例中的渠道衬砌对灌区生态耗水影响的评价方法。
61.上述电子设备具体细节可以对应参阅图1至图3所示的实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
62.虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。