CN108333957A - 智慧灌区全过程模拟方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种智慧灌区全过程模拟方法及装置，属于水利工程技术领域。所述方法包括：确定智慧灌区内的初始位置点、a个目标位置点以及a个目标位置点中每个目标位置点对应的参考位置点，a≥1；获取初始位置点在多个目标时刻中的每个目标时刻的初始水势能；获取每个参考位置点在该每个目标时刻的水扩散系数，参考位置点的水扩散系数与参考位置点所在的水运动环境相关；确定每个参考位置点对应的目标位置点在该每个目标时刻的水势能；根据每个目标位置点在该每个目标时刻的水势能，对智慧灌区全过程进行模拟仿真。本申请解决了对智慧灌区全过程进行模拟仿真的过程较为繁琐的问题，本申请用于智慧灌区全过程的模拟仿真。

Description

智慧灌区全过程模拟方法及装置

技术领域

本申请涉及水利工程技术领域，特别涉及一种智慧灌区全过程模拟方法及装置。

背景技术

随着水利工程技术的发展，逐渐可以将智慧灌区全过程进行模拟仿真，进而可以通过该模拟仿真结果对智慧灌区的水利工程进行性能评价。

智慧灌区全过程通常包括在多种水运动环境中进行的水运动过程，如在灌排水管渠网络环境中的水运动过程(如在管/渠/沟网络的输水和排水)，在地表环境中的水运动过程(如农田灌溉和地表产汇流)，以及在土壤环境中的水运动过程(如水流动至土壤中，以及地下水运动)等。相关技术中，在对智慧灌区全过程进行模拟仿真时，需要分别采用不同的方法对不同水运动环境下进行的水运动过程进行模拟仿真，然后将各个水运动环境下进行的水运动过程的模拟仿真结果进行耦合，以得到智慧灌区全过程的模拟仿真结果。

由于相关技术中，需要采用不同的方法对各个水运动环境下进行的水运动过程进行模拟仿真，以及对各个水运动环境下进行的水运动过程的模拟仿真结果进行耦合，才能得到智慧灌区全过程的模拟仿真结果，因此，对智慧灌区全过程进行模拟仿真的过程较繁琐。

发明内容

本申请提供了一种智慧灌区全过程模拟方法及装置，可以解决对智慧灌区全过程进行仿真的过程较为繁琐问题。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种智慧灌区全过程模拟方法，所述全过程包括在多种水运动环境中进行的水运动过程，所述方法包括：

确定所述智慧灌区内的初始位置点、a个目标位置点以及所述a个目标位置点中每个目标位置点对应的参考位置点，所述每个目标位置点均位于其对应的参考位置点的水运动方向，且所述初始位置点、所述a个目标位置点以及所述a个目标位置点对应的a个参考位置点均位于同一水运动环境中，a≥1；

获取所述初始位置点在多个目标时刻中的每个目标时刻的初始水势能；

获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数，所述参考位置点的水扩散系数与所述参考位置点所在的水运动环境相关；

根据所述初始水势能、每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数以及预设公式，确定每个所述参考位置点对应的目标位置点在所述每个目标时刻的水势能；

根据每个所述目标位置点在所述每个目标时刻的水势能，对所述全过程进行模拟仿真。

可选的，所述预设公式为：

其中，η为预设单位时间与空间离散步长比值，n_t+1表示所述每个目标时刻，i表示初始位置点，l、j和k表示所述多个目标位置点中的三个目标位置点，表示目标位置点l对应的参考位置点，表示目标位置点j对应的参考位置点，表示目标位置点k对应的参考位置点；

表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示所述初始位置点在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点l在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点j在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点k在目标时刻n_t+1的水势能。

可选的，所述确定所述智慧灌区内的初始位置点、a个目标位置点以及所述a个目标位置点中每个目标位置点对应的参考位置点，包括：

在所述智慧灌区内建立空间坐标系，所述空间坐标系包括互相垂直的第一坐标轴、第二坐标轴和第三坐标轴，所述第一坐标轴和所述第二坐标轴均垂直于重力方向，所述第三坐标轴平行于所述重力方向；

结合所述空间坐标系对所述智慧灌区进行空间离散处理，得到所述智慧灌区内的多个离散位置点；

在所述多个离散位置点中筛选所述初始位置点和所述a个目标位置点；

确定所述a个目标位置点对应的a个参考位置点。

可选的，所述获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数，包括：

在参考位置点所在的水运动环境为灌排水管渠网络环境时，根据第一公式获取所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数；

其中，所述第一公式为：A为所述参考位置点在所述每个目标时刻的管渠过流断面面积，R为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水力半径，n为所述参考位置点的曼宁糙率系数，s为所述初始位置点到所述参考位置点的管渠长度，ζ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水势能。

可选的，所述获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数，包括：

在参考位置点所在的水运动环境为地表环境时，根据第二公式获取所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数；

其中，所述第二公式为：x为所述参考位置点在所述第一坐标轴上的坐标，y为所述参考位置点在所述第二坐标轴上的坐标，h为地表水流的水深，n为所述参考位置点的曼宁糙率系数，ζ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水势能。

可选的，所述获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数，包括：

在参考位置点所在的水运动环境为土壤环境时，判断土壤水是否处于饱和状态；

在所述土壤水处于饱和状态时，根据第三公式获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数；

在所述土壤水处于非饱和状态时，确定所述参考位置点的水扩散系数为目标地下非承压水给水度，所述目标地下非承压水给水度为所述参考位置点在所述每个目标时刻的地下非承压水给水度；

其中，所述第三公式为：

θ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的含水率，θ_s为预设饱和含水率，θ_r为预设残余含水率，K_s为所述参考位置点的饱和水力传导度，m为所述智慧灌区的土壤的几何参数，z为所述土壤水在所述第三坐标轴上的坐标，ζ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水势能。

可选的，所述根据所述初始水势能、每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数以及预设公式，确定每个所述参考位置点对应的目标位置点在所述每个目标时刻的水势能，包括：

根据高斯-赛德尔迭代法、所述初始水势能、每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数以及所述预设公式，确定每个所述参考位置点对应的目标位置点在所述每个目标时刻的水势能。

另一方面，提供了一种智慧灌区全过程模拟装置，所述全过程包括在多种水运动环境中进行的水运动过程，所述智慧灌区全过程模拟装置包括：

第一确定模块，用于确定所述智慧灌区内的初始位置点、a个目标位置点以及所述a个目标位置点中每个目标位置点对应的参考位置点，所述每个目标位置点均位于其对应的参考位置点的水运动方向，且所述初始位置点、所述a个目标位置点以及所述a个目标位置点对应的a个参考位置点均位于同一水运动环境中，a≥1；

第一获取模块，用于获取所述初始位置点在多个目标时刻中的每个目标时刻的初始水势能；

第二获取模块，用于获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数，所述参考位置点的水扩散系数与所述参考位置点所在的水运动环境相关；

第二确定模块，用于根据所述初始水势能、每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数以及预设公式，确定每个所述参考位置点对应的目标位置点在所述每个目标时刻的水势能；

模拟仿真模块，用于根据每个所述目标位置点在所述每个目标时刻的水势能，对所述全过程进行模拟仿真。

可选的，所述预设公式为：

其中，η为预设单位时间与空间离散步长比值，n_t+1表示所述每个目标时刻，i表示初始位置点，l、j和k表示所述多个目标位置点中的三个目标位置点，表示目标位置点l对应的参考位置点，表示目标位置点j对应的参考位置点，表示目标位置点k对应的参考位置点；

表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示所述初始位置点在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点l在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点j在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点k在目标时刻n_t+1的水势能。

可选的，所述第一确定模块用于：

在所述智慧灌区内建立空间坐标系，所述空间坐标系包括互相垂直的第一坐标轴、第二坐标轴和第三坐标轴，所述第一坐标轴和所述第二坐标轴均垂直于重力方向，所述第三坐标轴平行于所述重力方向；

结合所述空间坐标系对所述智慧灌区进行空间离散处理，得到所述智慧灌区内的多个离散位置点；

在所述多个离散位置点中筛选所述初始位置点和所述a个目标位置点；

确定所述a个目标位置点对应的a个参考位置点。

可选的，所述第二获取模块用于：

在参考位置点所在的水运动环境为灌排水管渠网络环境时，根据第一公式获取所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数；

其中，所述第一公式为：A为所述参考位置点在所述每个目标时刻的管渠过流断面面积，R为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水力半径，n为所述参考位置点的曼宁糙率系数，s为所述初始位置点到所述参考位置点的管渠长度，ζ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水势能。

可选的，所述第二获取模块用于：

在参考位置点所在的水运动环境为地表环境时，根据第二公式获取所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数；

其中，所述第二公式为：x为所述参考位置点在所述第一坐标轴上的坐标，y为所述参考位置点在所述第二坐标轴上的坐标，h为地表水流的水深，n为所述参考位置点的曼宁糙率系数，ζ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水势能。

可选的，所述第二获取模块用于：

在参考位置点所在的水运动环境为土壤环境时，判断土壤水是否处于饱和状态；

在所述土壤水处于饱和状态时，根据第三公式获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数；

在所述土壤水处于非饱和状态时，确定所述参考位置点的水扩散系数为目标地下非承压水给水度，所述目标地下非承压水给水度为所述参考位置点在所述每个目标时刻的地下非承压水给水度；

其中，所述第三公式为：

θ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的含水率，θ_s为预设饱和含水率，θ_r为预设残余含水率，K_s为所述参考位置点的饱和水力传导度，m为所述智慧灌区的土壤的几何参数，z为所述土壤水在所述第三坐标轴上的坐标，ζ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水势能。

可选的，所述第二确定模块用于：

根据高斯-赛德尔迭代法、所述初始水势能、每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数以及所述预设公式，确定每个所述参考位置点对应的目标位置点在所述每个目标时刻的水势能。

又一方面提供了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有指令，

当所述指令在处理组件上运行时，使得处理组件执行上述的智慧灌区全过程模拟方法。

再一方面，提供了一种包含指令的程序产品，当所述程序产品在处理组件上运行时，使得处理组件执行上述智慧灌区全过程模拟方法。

本申请提供的技术方案带来的有益效果是：

本申请提供了一种智慧灌区全过程模拟方法及装置，在智慧灌区全过程模拟方法中，可以获取初始位置点在每个目标时刻的初始水势能，以及与水运动环境相关的参考位置点的水扩散系数。并可以根据该初始水势能、每个参考位置点的水扩散系数以及预设公式，确定每个参考位置点对应的目标位置点在该每个目标时刻的水势能，进而对智慧灌区全过程进行模拟仿真。即使在不同的水运动环境中，也可以根据其中的参考位置点的水扩散系数以及该相同的预设公式，对该水运动环境中的水运动过程进行模拟仿真，无需采用不同的方法对不同水运动环境中的水运动过程进行仿真并对仿真结果进行耦合，因此，简化了对智慧灌区全过程进行仿真的过程。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。

图1是本发明实施例提供的一种智慧灌区全过程模拟方法的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种智慧灌区全过程模拟方法的方法流程图；

图3是本发明实施例提供的一种智慧灌区的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的一种管道的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种智慧灌区全过程模拟装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

在对智慧灌区全过程进行仿真时，通常需要采用不同的方法对智慧灌区中各个水运动环境中的水运动过程分别进行模拟仿真，再对各个仿真结果进行耦合，才能得到智慧灌区全过程的模拟仿真结果，得到该模拟仿真结果的过程较繁琐，仿真速度较慢，仿真结果准确性较低。本发明实施例提供了一种智慧灌区全过程模拟方法，可以简化得到智慧灌区全过程的模拟仿真结果的过程，得到更准确的仿真结果。

图1是本发明实施例提供的一种智慧灌区全过程模拟方法的方法流程图。该方法可以用于智慧灌区全过程模拟装置，该全过程包括在多种水运动环境中进行的水运动过程。如图1所示，该智慧灌区全过程模拟方法包括：

步骤101、确定智慧灌区内的初始位置点、a个目标位置点以及a个目标位置点中每个目标位置点对应的参考位置点，每个目标位置点均位于其对应的参考位置点的水运动方向，且初始位置点、a个目标位置点以及a个目标位置点对应的a个参考位置点均位于同一水运动环境中，a≥1。

步骤102、获取初始位置点在多个目标时刻中的每个目标时刻的初始水势能。

步骤103、获取每个参考位置点在该每个目标时刻的水扩散系数，参考位置点的水扩散系数与参考位置点所在的水运动环境相关。

步骤104、根据初始水势能、每个参考位置点在该每个目标时刻的水扩散系数以及预设公式，确定每个参考位置点对应的目标位置点在该每个目标时刻的水势能。

步骤105、根据每个目标位置点在该每个目标时刻的水势能，对智慧灌区全过程进行模拟仿真。

综上所述，本发明实施例提供的智慧灌区全过程模拟方法中，可以获取初始位置点在每个目标时刻的初始水势能，以及与水运动环境相关的参考位置点的水扩散系数。并可以根据该初始水势能、每个参考位置点在该每个目标时刻的水扩散系数以及预设公式，确定每个参考位置点对应的目标位置点在该每个目标时刻的水势能，进而对智慧灌区全过程进行模拟仿真。即使在不同的水运动环境中，也可以根据其中的参考位置点的水扩散系数以及该相同的预设公式，对该不同环境中的水运动过程进行模拟仿真，无需采用不同的方法对不同水运动环境中的水运动过程进行仿真并对仿真结果进行耦合，因此，简化了对智慧灌区全过程进行仿真的过程。

图2是本发明实施例提供的另一种智慧灌区全过程模拟方法的方法流程图。该方法可以用于智慧灌区全过程模拟装置，该全过程包括在多种水运动环境中进行的水运动过程。如图2所示，该智慧灌区全过程模拟方法可以包括：

步骤201、在智慧灌区内建立空间坐标系，空间坐标系包括互相垂直的第一坐标轴、第二坐标轴和第三坐标轴，第一坐标轴和第二坐标轴均垂直于重力方向，第三坐标轴平行于重力方向。

请参考图3，智慧灌区全过程模拟装置可以在智慧灌区30内建立空间坐标系，该空间坐标系包括互相垂直的第一坐标轴x轴、第二坐标轴y轴和第三坐标轴z轴，且x轴与y轴均垂直于重力方向g，z轴平行于重力方向g。

步骤202、结合空间坐标系对智慧灌区进行空间离散处理，得到智慧灌区内的多个离散位置点。

请继续参考图3，可以采用预设的离散算法对智慧灌区进行空间离散处理，得到智慧灌区内的多个离散位置点，例如图3中展示的多个离散位置点B，并且可以将该离散后得到的多个离散位置点整体用于表示智慧灌区30。

步骤203、在多个离散位置点中筛选初始位置点和a个目标位置点。

其中a≥1，通常情况下a可以大于或等于2，也即是通常情况下需要在多个离散位置点中筛选多个目标位置点。

步骤204、确定a个目标位置点对应的a个参考位置点。

该初始位置点、a个目标位置点以及a个目标位置点对应的a个参考位置点均位于同一水运动环境中，且每个目标位置点均位于其对应的参考位置点的水运动方向。每个目标位置点的参考位置点可以属于多个离散位置点(如参考位置点为多个离散位置点中的其他目标位置点)，或者每个目标位置点的参考位置点不属于该多个离散位置点。

需要说明的是，智慧灌区全过程可以包括：灌排水管渠网络环境、地表环境与土壤环境，本发明实施例仅以该初始位置点、目标位置点与参考位置点均位于灌排水管渠网络环境为例进行解释说明。

示例的，图4示出了灌排水管渠网络环境中的一条管道40，且假设该管道40中的水运动方向为图4中的方向f，则该管道40中的多个离散位置点中，初始位置点可以为图4中的位置点D1，其余离散位置点均可以为目标位置点，且每个目标位置点均可以有其对应的参考位置点。例如，目标位置点D3对应的参考位置点可以为位置点D2，目标位置点D4对应的参考位置点可以为位置点D3。

需要说明的是，图4仅以初始位置点位于管道40的一端，且每个目标位置点对应的参考位置点均属于多个离散位置点为例，实际应用中，该初始位置点可以为管道中的多个离散位置点中的任意位置点，每个目标位置点对应的参考位置点还可以不属于多个离散位置点，本发明实施例对此不做限定。

步骤205、获取初始位置点在多个目标时刻中的每个目标时刻的初始水势能。

在确定初始位置点后，可以测量得到初始位置点在多个目标时刻中的每个目标时刻的初始水势能。

步骤206、获取每个参考位置点在多个目标时刻中每个目标时刻的水扩散系数。

需要说明的是，参考位置点的水扩散系数与该参考位置点所在的水运动环境相关。示例的，目标时刻X为多个目标时刻中的任意一个目标时刻，参考位置点Y为a个参考位置点中的任一参考位置点。本发明实施例中将以确定参考位置点Y在目标时刻X的水扩散系数为例，对确定每个参考位置点在多个目标时刻中每个目标时刻的水扩散系数进行讲解。

第一方面，当参考位置点Y所在的水运动环境为灌排水管网络环境时，智慧灌区全过程模拟装置可以根据第一公式获取参考位置点Y在目标时刻X的水扩散系数。其中，第一公式为：A为参考位置点Y在目标时刻X的管渠过流断面面积，R为参考位置点Y在目标时刻X的水力半径，n为参考位置点Y的曼宁糙率系数，s为初始位置点到参考位置点Y的管渠长度，ζ为参考位置点Y在目标时刻X的水势能。

第二方面，当参考位置点Y所在的水运动环境为地表环境时，智慧灌区全过程模拟装置可以根据第二公式获取参考位置点Y在目标时刻X的水扩散系数。其中，第二公式为：x为参考位置点Y在第一坐标轴上的坐标，y为参考位置点Y在第二坐标轴上的坐标，h为地表水流的水深，n为参考位置点Y的曼宁糙率系数，ζ为参考位置点Y在目标时刻X的水势能。

第三方面，当参考位置点Y所在的水运动环境为土壤环境时，智慧灌区全过程模拟装置可以首先判断土壤水是否处于饱和状态。在土壤水处于饱和状态时，智慧灌区全过程模拟装置可以根据第三公式获取参考位置点Y在目标时刻X的水扩散系数；在土壤水处于非饱和状态时，智慧灌区全过程模拟装置可以将目标地下非承压水给水度确定为参考位置点Y的水扩散系数，该目标地下非承压水给水度为参考位置点Y在目标时刻X的地下非承压水给水度。

其中，第三公式为：

θ为参考位置点Y在目标时刻X的含水率，θ_s为预设饱和含水率，θ_r为预设残余含水率，K_s为参考位置点Y的饱和水力传导度，m为智慧灌区的土壤的几何参数，z为土壤水在第三坐标轴上的坐标，ζ为参考位置点Y在目标时刻X的水势能。

步骤207、根据高斯-赛德尔迭代法、初始水势能、每个参考位置点在每个目标时刻的水扩散系数以及预设公式，确定每个参考位置点对应的目标位置点在该每个目标时刻的水势能。

该预设公式可以为：

其中，η为预设单位时间与空间离散步长比值，n_t+1表示目标时刻，i表示初始位置点，l、j和k表示多个目标位置点中的三个目标位置点，表示目标位置点l对应的参考位置点，表示目标位置点j对应的参考位置点、表示目标位置点k对应的参考位置点；

表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示初始位置点在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点在目标时刻n_t+1的l水势能，表示目标位置点j在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点k在目标时刻n_t+1的水势能。

示例的，假设目标位置点的参考位置点为其他目标位置点，智慧灌区全过程模拟装置可以根据高斯-赛德尔迭代法确定每个参考位置点对应的目标位置点在同一个目标时刻的水势能。请继续参考图4，假设初始位置点i为D1，D1在目标时刻n_t+1的水势能为目标位置点l为D3，目标位置点l的参考位置点为目标位置点D2，D2在目标时刻n_t+1的水扩散系数为

智慧灌区全过程模拟装置可以将与输入上述预设公式，得到方程并根据该方程得到也即是目标位置点l在目标时刻n_t+1的水势能，也即是目标位置点D3在目标时刻n_t+1的水势能

之后，智慧灌区全过程模拟装置可以将目标位置点D4确定为目标位置点j，将目标位置点D3确定为目标位置点D4的参考位置点然后，根据参考位置点的水势能得出参考位置点的水扩散系数并将与也输入上述预设公式，得到方程并根据该方程得到也即是目标位置点j(即目标位置点D4)在目标时刻n_t+1的水势能。依此类推，可以得出每个目标位置点在目标时刻n_t+1的水势能。

需要说明的是，本发明实施例中需要确定各个目标位置点在多个目标时刻的水势能，在确定各个目标位置点在目标时刻n_t+1的水势能时，可以直接使用上述预设公式进行计算。当目标时刻由n_t+1变为多个目标时刻中的其他目标时刻时，可以将上述预设公式中的n_t+1替换为用于表示其他目标时刻的符号，从而计算各个目标位置在多个目标时刻的水势能。

步骤208、根据每个目标位置点在每个目标时刻的水势能，对智慧灌区全过程进行模拟仿真。

示例的，可以将步骤207中得出的各个目标位置点在每个目标时刻的水势能输入预设的模拟仿真程序，进而对智慧灌区全过程进行模拟仿真，得到智慧灌区全过程的动态仿真结果。

可选的，本发明实施例中还可以将步骤207中得出的各个目标位置点在某个目标时刻的水势能输入预设的模拟仿真程序，进而得到智慧灌区在该目标时刻的静态仿真结果。

需要说明的是，本发明实施例仅以在对智慧灌区进行空间离散处理之前建立空间坐标系为例进行解释说明，实际应用中也可以在步骤203之后再建立空间坐标系，此时步骤205中第一公式中的x与y可以为参考位置点在新建立的空间坐标系中的坐标。

本发明实施例提供的智慧灌区全过程模拟方法中，首先可以将智慧灌区进行空间离散处理，以得到多个离散位置点，并在该多个离散位置点中筛选初始位置点、多个目标位置点以及每个目标位置点对应的参考位置点。之后，可以获取初始位置点在每个目标时刻的初始水势能，以及每个参考位置点在该每个目标时刻的水扩散系数。接着，可以根据高斯-赛德尔迭代法、初始水势能、每个参考位置点的水扩散系数以及预设公式，确定每个参考位置点对应的目标位置点在该每个目标时刻的水势能。进而，根据该每个目标位置点在该每个目标时刻的水势能，对智慧灌区全过程进行模拟仿真。

综上所述，本发明实施例提供的智慧灌区全过程模拟方法中，可以获取初始位置点在每个目标时刻的初始水势能，以及与水运动环境相关的参考位置点的水扩散系数。并可以根据该初始水势能、每个参考位置点的水扩散系数以及预设公式，确定每个参考位置点对应的目标位置点在该每个目标时刻的水势能，进而对智慧灌区全过程进行模拟仿真。即使在不同的水运动环境中，也可以根据其中的参考位置点的水扩散系数以及该相同的预设公式，对该水运动环境中的水运动过程进行模拟仿真，无需采用不同的方法对不同水运动环境中的水运动过程进行仿真并对仿真结果进行耦合，因此，简化了对智慧灌区全过程进行仿真的过程。

图5是本发明实施例提供的一种智慧灌区全过程模拟装置的结构示意图。如图5所示，该智慧灌区全过程模拟装置50可以包括：

第一确定模块501，用于确定智慧灌区内的初始位置点、a个目标位置点以及a个目标位置点中每个目标位置点对应的参考位置点，每个目标位置点均位于其对应的参考位置点的水运动方向，且初始位置点、a个目标位置点以及a个目标位置点对应的a个参考位置点均位于同一水运动环境中，a≥1。

第一获取模块502，用于获取初始位置点在多个目标时刻中的每个目标时刻的初始水势能。

第二获取模块503，用于获取每个参考位置点在该每个目标时刻的水扩散系数，参考位置点的水扩散系数与参考位置点所在的水运动环境相关。

第二确定模块504，用于根据初始水势能、每个参考位置点在每个目标时刻的水扩散系数以及预设公式，确定每个参考位置点对应的目标位置点在该每个目标时刻的水势能。

模拟仿真模块505，用于根据每个目标位置点在该每个目标时刻的水势能，对智慧灌区全过程进行模拟仿真。

综上所述，本发明实施例提供的智慧灌区全过程模拟装置中，第一获取模块可以获取初始位置点在多个目标时刻中的每个目标时刻的初始水势能，第二获取模块可以获取与水运动环境相关的参考位置点的水扩散系数。第二确定模块可以根据该初始水势能、每个参考位置点的水扩散系数以及预设公式，确定每个参考位置点对应的目标位置点在该每个目标时刻的水势能，进而模拟仿真模块可以对智慧灌区全过程进行模拟仿真。即使在不同的水运动环境中，智慧灌区全过程模拟装置也可以根据其中的参考位置点的水扩散系数以及该相同的预设公式，对该水运动环境中的水运动过程进行模拟仿真，无需采用不同的方法对不同水运动环境中的水运动过程进行仿真并对仿真结果进行耦合，因此，简化了对智慧灌区全过程进行仿真的过程。

可选的，预设公式可以为：

其中，η为预设单位时间与空间离散步长比值，n_t+1表示该每个目标时刻，i表示初始位置点，l、j和k表示多个目标位置点中的三个目标位置点，表示目标位置点l对应的参考位置点，表示目标位置点j对应的参考位置点，表示目标位置点k对应的参考位置点；

表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示初始位置点在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点l在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点j在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点k在目标时刻n_t+1的水势能。

可选的，第一确定模块501可以用于：

在智慧灌区内建立空间坐标系，空间坐标系包括互相垂直的第一坐标轴、第二坐标轴和第三坐标轴，第一坐标轴和第二坐标轴均垂直于重力方向，第三坐标轴平行于重力方向；

结合空间坐标系对智慧灌区进行空间离散处理，得到智慧灌区内的多个离散位置点；

在多个离散位置点中筛选初始位置点和a个目标位置点；

确定a个目标位置点对应的a个参考位置点。

可选的，第二获取模块503可以用于：

在参考位置点所在的水运动环境为灌排水管渠网络环境时，根据第一公式获取参考位置点在多个目标时刻中每个目标时刻的水扩散系数；

其中，第一公式为：A为参考位置点在该每个目标时刻的管渠过流断面面积，R为参考位置点在该每个目标时刻的水力半径，n为参考位置点的曼宁糙率系数，s为初始位置点到参考位置点的管渠长度，ζ为参考位置点在该每个目标时刻的水势能。

可选的，第二获取模块503可以用于：

在参考位置点所在的水运动环境为地表环境时，根据第二公式获取参考位置点在多个目标时刻中每个目标时刻的水扩散系数；

其中，第二公式为：x为参考位置点在第一坐标轴上的坐标，y为参考位置点在第二坐标轴上的坐标，h为地表水流的水深，n为参考位置点的曼宁糙率系数，ζ为参考位置点在该每个目标时刻的水势能。

可选的，第二获取模块503可以用于：

在参考位置点所在的水运动环境为土壤环境时，判断土壤水是否处于饱和状态；

在土壤水处于饱和状态时，根据第三公式获取每个参考位置点在该每个目标时刻的水扩散系数；

在土壤水处于非饱和状态时，确定参考位置点的水扩散系数为目标地下非承压水给水度，目标地下非承压水给水度为参考位置点在该每个目标时刻的地下非承压水给水度；

其中，第三公式为：

θ为参考位置点在该每个目标时刻的含水率，θ_s为预设饱和含水率，θ_r为预设残余含水率，K_s为参考位置点的饱和水力传导度，m为智慧灌区的土壤的几何参数，z为土壤水在第三坐标轴上的坐标，ζ为参考位置点在该每个目标时刻的水势能。

可选的，第二确定模块504可以用于：

根据高斯-赛德尔迭代法、初始水势能、每个参考位置点在每个目标时刻的水扩散系数以及预设公式，确定每个参考位置点对应的目标位置点在该每个目标时刻的水势能。

综上所述，本发明实施例提供的智慧灌区全过程模拟装置中，第一获取模块可以获取初始位置点在每个目标时刻的初始水势能，第二获取模块可以获取与水运动环境相关的参考位置点的水扩散系数。第二确定模块可以根据该初始水势能、每个参考位置点的水扩散系数以及预设公式，确定每个参考位置点对应的目标位置点在该每个目标时刻的水势能，进而模拟仿真模块可以对智慧灌区全过程进行模拟仿真。即使在不同的水运动环境中，智慧灌区全过程模拟装置也可以根据其中的参考位置点的水扩散系数以及该相同的预设公式，对该水运动环境中的水运动过程进行模拟仿真，无需采用不同的方法对不同水运动环境中的水运动过程进行仿真并对仿真结果进行耦合，因此，简化了对智慧灌区全过程进行仿真的过程。

本发明实施例还提供了一种包括指令的非临时性计算机可读存储介质，例如包括指令的存储器，上述指令可由处理器执行以完成上述方法。例如，非临时性计算机可读存储介质可以是只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、只读光盘(CD-ROM)、磁带、软盘和光数据存储设备等。

本发明实施例还提供了一种包含指令的程序产品，当该程序产品在处理组件上运行时，使得处理组件执行上述智慧灌区全过程模拟方法。

需要说明的是：上述实施例提供的智慧灌区全过程模拟装置在对智慧灌区全过程进行仿真时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将智慧灌区全过程模拟装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。

需要说明的是，本发明实施例提供的方法实施例能够与相应的装置实施例相互参考，本发明实施例对此不做限定。本发明实施例提供的方法实施例步骤的先后顺序能够进行适当调整，步骤也能够根据情况进行相应增减，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化的方法，都应涵盖在本申请的保护范围之内，因此不再赘述。

以上所述仅为本申请的可选实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种智慧灌区全过程模拟方法，其特征在于，所述全过程包括在多种水运动环境中进行的水运动过程，所述方法包括：

确定所述智慧灌区内的初始位置点、a个目标位置点以及所述a个目标位置点中每个目标位置点对应的参考位置点，所述每个目标位置点均位于其对应的参考位置点的水运动方向，且所述初始位置点、所述a个目标位置点以及所述a个目标位置点对应的a个参考位置点均位于同一水运动环境中，a≥1；

获取所述初始位置点在多个目标时刻中的每个目标时刻的初始水势能；

获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数，所述参考位置点的水扩散系数与所述参考位置点所在的水运动环境相关；

根据所述初始水势能、每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数以及预设公式，确定每个所述参考位置点对应的目标位置点在所述每个目标时刻的水势能；

根据每个所述目标位置点在所述每个目标时刻的水势能，对所述全过程进行模拟仿真。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设公式为：

其中，η为预设单位时间与空间离散步长比值，n_t+1表示所述每个目标时刻，i表示初始位置点，l、j和k表示所述多个目标位置点中的三个目标位置点，表示目标位置点l对应的参考位置点，表示目标位置点j对应的参考位置点，表示目标位置点k对应的参考位置点；

表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示所述初始位置点在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点l在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点j在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点k在目标时刻n_t+1的水势能。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述确定所述智慧灌区内的初始位置点、a个目标位置点以及所述a个目标位置点中每个目标位置点对应的参考位置点，包括：

在所述智慧灌区内建立空间坐标系，所述空间坐标系包括互相垂直的第一坐标轴、第二坐标轴和第三坐标轴，所述第一坐标轴和所述第二坐标轴均垂直于重力方向，所述第三坐标轴平行于所述重力方向；

结合所述空间坐标系对所述智慧灌区进行空间离散处理，得到所述智慧灌区内的多个离散位置点；

在所述多个离散位置点中筛选所述初始位置点和所述a个目标位置点；

确定所述a个目标位置点对应的a个参考位置点。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数，包括：

在参考位置点所在的水运动环境为灌排水管渠网络环境时，根据第一公式获取所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数；

其中，所述第一公式为：A为所述参考位置点在所述每个目标时刻的管渠过流断面面积，R为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水力半径，n为所述参考位置点的曼宁糙率系数，s为所述初始位置点到所述参考位置点的管渠长度，ζ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水势能。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数，包括：

在参考位置点所在的水运动环境为地表环境时，根据第二公式获取所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数；

其中，所述第二公式为：x为所述参考位置点在所述第一坐标轴上的坐标，y为所述参考位置点在所述第二坐标轴上的坐标，h为地表水流的水深，n为所述参考位置点的曼宁糙率系数，ζ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水势能。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数，包括：

在参考位置点所在的水运动环境为土壤环境时，判断土壤水是否处于饱和状态；

在所述土壤水处于饱和状态时，根据第三公式获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数；

在所述土壤水处于非饱和状态时，确定所述参考位置点的水扩散系数为目标地下非承压水给水度，所述目标地下非承压水给水度为所述参考位置点在所述每个目标时刻的地下非承压水给水度；

其中，所述第三公式为：

θ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的含水率，θ_s为预设饱和含水率，θ_r为预设残余含水率，K_s为所述参考位置点的饱和水力传导度，m为所述智慧灌区的土壤的几何参数，z为所述土壤水在所述第三坐标轴上的坐标，ζ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水势能。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述初始水势能、每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数以及预设公式，确定每个所述参考位置点对应的目标位置点在所述每个目标时刻的水势能，包括：

根据高斯-赛德尔迭代法、所述初始水势能、每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数以及所述预设公式，确定每个所述参考位置点对应的目标位置点在所述每个目标时刻的水势能。

8.一种智慧灌区全过程模拟装置，其特征在于，所述全过程包括在多种水运动环境中进行的水运动过程，所述智慧灌区全过程模拟装置包括：

第一确定模块，用于确定所述智慧灌区内的初始位置点、a个目标位置点以及所述a个目标位置点中每个目标位置点对应的参考位置点，所述每个目标位置点均位于其对应的参考位置点的水运动方向，且所述初始位置点、所述a个目标位置点以及所述a个目标位置点对应的a个参考位置点均位于同一水运动环境中，a≥1；

第一获取模块，用于获取所述初始位置点在多个目标时刻中的每个目标时刻的初始水势能；

第二获取模块，用于获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数，所述参考位置点的水扩散系数与所述参考位置点所在的水运动环境相关；

第二确定模块，用于根据所述初始水势能、每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数以及预设公式，确定每个所述参考位置点对应的目标位置点在所述每个目标时刻的水势能；

模拟仿真模块，用于根据每个所述目标位置点在所述每个目标时刻的水势能，对所述全过程进行模拟仿真。

9.根据权利要求8所述的智慧灌区全过程模拟装置，其特征在于，所述预设公式为：

其中，η为预设单位时间与空间离散步长比值，n_t+1表示所述每个目标时刻，i表示初始位置点，l、j和k表示所述多个目标位置点中的三个目标位置点，表示目标位置点l对应的参考位置点，表示目标位置点j对应的参考位置点，表示目标位置点k对应的参考位置点；

表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示参考位置点在目标时刻n_t+1的水扩散系数，表示所述初始位置点在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点l在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点j在目标时刻n_t+1的水势能，表示目标位置点k在目标时刻n_t+1的水势能。

10.根据权利要求8或9所述的智慧灌区全过程模拟装置，其特征在于，所述第一确定模块用于：

在所述智慧灌区内建立空间坐标系，所述空间坐标系包括互相垂直的第一坐标轴、第二坐标轴和第三坐标轴，所述第一坐标轴和所述第二坐标轴均垂直于重力方向，所述第三坐标轴平行于所述重力方向；

结合所述空间坐标系对所述智慧灌区进行空间离散处理，得到所述智慧灌区内的多个离散位置点；

在所述多个离散位置点中筛选所述初始位置点和所述a个目标位置点；

确定所述a个目标位置点对应的a个参考位置点。

11.根据权利要求10所述的智慧灌区全过程模拟装置，其特征在于，所述第二获取模块用于：

在参考位置点所在的水运动环境为灌排水管渠网络环境时，根据第一公式获取所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数；

其中，所述第一公式为：A为所述参考位置点在所述每个目标时刻的管渠过流断面面积，R为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水力半径，n为所述参考位置点的曼宁糙率系数，s为所述初始位置点到所述参考位置点的管渠长度，ζ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水势能。

12.根据权利要求10所述的智慧灌区全过程模拟装置，其特征在于，所述第二获取模块用于：

在参考位置点所在的水运动环境为地表环境时，根据第二公式获取所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数；

其中，所述第二公式为：x为所述参考位置点在所述第一坐标轴上的坐标，y为所述参考位置点在所述第二坐标轴上的坐标，h为地表水流的水深，n为所述参考位置点的曼宁糙率系数，ζ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水势能。

13.根据权利要求10所述的智慧灌区全过程模拟装置，其特征在于，所述第二获取模块用于：

在参考位置点所在的水运动环境为土壤环境时，判断土壤水是否处于饱和状态；

在所述土壤水处于饱和状态时，根据第三公式获取每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数；

在所述土壤水处于非饱和状态时，确定所述参考位置点的水扩散系数为目标地下非承压水给水度，所述目标地下非承压水给水度为所述参考位置点在所述每个目标时刻的地下非承压水给水度；

其中，所述第三公式为：

θ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的含水率，θ_s为预设饱和含水率，θ_r为预设残余含水率，K_s为所述参考位置点的饱和水力传导度，m为所述智慧灌区的土壤的几何参数，z为所述土壤水在所述第三坐标轴上的坐标，ζ为所述参考位置点在所述每个目标时刻的水势能。

14.根据权利要求8所述的智慧灌区全过程模拟装置，其特征在于，所述第二确定模块用于：

根据高斯-赛德尔迭代法、所述初始水势能、每个所述参考位置点在所述每个目标时刻的水扩散系数以及所述预设公式，确定每个所述参考位置点对应的目标位置点在所述每个目标时刻的水势能。

15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质中存储有指令，

当所述指令在处理组件上运行时，使得处理组件执行如权利要求1至7任一所述的智慧灌区全过程模拟方法。