CN111325400B - 一种高海拔长距离的输水定位方法及其定位系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高海拔长距离的输水定位方法及其定位系统。该方法包括：统计输水终点的水量需求信息，计算出各个输水终点的缺口水量；以输水终点为圆心，并以一个预设单位长度为半径搜索所在圆形区域内的各个储水点的水量余出信息；在所有储水点中选取余出水量大于预设水量的多个供水点；建立输水终点与各个供水点的输水三维模型，并形成输水拓扑网络；在输水拓扑网络中选出供水总量大于缺口水量的多条拓扑路径，并相应计算出各条拓扑路径的输水扬程；将所有输水扬程进行排序，并选取输水扬程最小的拓扑路径作为输水终点的供水路径。本发明保证水量供应充足的同时，使得水资源能够分布均匀，充分利用水资源，降低了供水成本。

Description

一种高海拔长距离的输水定位方法及其定位系统

技术领域

本发明涉及输水技术领域的一种输水定位方法，尤其涉及一种高海拔长距离的输水定位方法，还应用该输水定位方法的高海拔长距离的输水定位系统。

背景技术

在农田水利、水力发电、工业用水以及城市供水等水利事业中常需要修建从河道、水库引水的建筑物，将水流引入渠道等的建筑物群，称之为引水枢纽。为了能够开发高海拔地区资源，尤其是为了全面、合理、高效的开发和利用该地区煤炭、石油、天然气等资源，需要向高海拔地区进行输水，但是对于这些地区输水不能够采用简单的输水方案，而对于高海拔地区进行输水，往往需要特殊的设计方案才能够实现。

高海拔高扬程高压长距离输水管道能有效解决高海波且水资源匮乏地区工业用水和民生用水问题。管道的运行和维护承受了高海拔地区恶劣地理环境的考验。由于输水管道在不同的地理条件下，其所需要采用的管件是不同的，即采用多段管件进行输水。但是，现有输水定位方法在前期对供水路径进行确定时，难以考虑周围区域的水域情况，这样会产生以下问题：(1)供水路径上所有供水点的供水不足；(2)供水过量，供水路径过长；(3)供水最优路径未发现，供水成本高，水资源未充分利用。

发明内容

为解决现有的输水定位方法供水不足或供水过量，水资源未充分利用的技术问题，本发明提供一种高海拔长距离的输水定位方法及其定位系统。

本发明采用以下技术方案实现：一种高海拔长距离的输水定位方法，其包括以下步骤：

(1)统计至少一个输水终点的水量需求信息，并根据各个输水终点所在区域的存水量，计算出各个输水终点在一个预设单位时间内的缺口水量；

(2)以所述输水终点为圆心，并以一个预设单位长度为半径搜索所在圆形区域内的各个储水点的水量余出信息；在未搜索到水量余出信息时，增加所述预设单位长度；

(3)按照从大至小的排列顺序对所述水量余出信息进行排序，以在所有储水点中选取所述余出水量大于一个预设水量的多个供水点；

(4)建立所述输水终点与各个供水点的输水三维模型；在所述输水三维模型中，所述输水终点、各个供水点均通过至少一种管件相连，并形成一个输水拓扑网络；

(5)在所述输水拓扑网络中选出供水总量大于所述缺口水量的多条拓扑路径，并相应计算出各条拓扑路径的输水扬程；其中，每条拓扑路径的输水扬程的计算方法包括以下步骤：

(5.1)根据对应的拓扑路径上所有供水点的余出水量信息，计算出所有供水点的余出总水量；

(5.2)计算出对应的拓扑路径的管线总长度；

(5.3)先计算出相邻两个供水点之间的输水净扬程，再计算出相邻两个供水点的沿程损失，最后根据所述输水净扬程和所述沿程损失，计算出相应的输水节点间扬程；

(5.4)根据所述管线总长度，先计算出对应的拓扑路径的输水总设计扬程和输水总损失，再根据所述输水总设计扬程和所述输水总损失，计算出输水整体扬程；

(5.5)叠加每条拓扑路径上所有供水点之间的所述输水节点间扬程以统计出输水路径扬程；以及

(5.6)根据一个预设比重系数表中的赋权关系，对所述输水整体扬程和所述输水路径扬程进行赋权叠加运算，以计算出所述输水扬程；以及

(6)将所有输水扬程进行排序，并选取输水扬程最小的拓扑路径作为所述输水终点的供水路径。

本发明通过先计算出输水终点的缺口水量，然后在输水终点为圆心的圆形区域内对储水点的水量余出信息进行搜索，以搜索出能够提供额外水资源的储水点，随后对水量余出信息进行排序，从储水点中选出满足预设要求的供水点，而后建立供水点和输水终点之间的输水三维模型，并形成输水终点和各个供水点的输水拓扑网络，再然后选出供水总量大于缺口水量的拓扑路径，并计算出每条拓扑路径的输水扬程，最后对输水扬程进行排序并选出输水扬程最小的拓扑路径作为供水路径，解决了现有的输水定位方法供水不足或供水过量，水资源未充分利用的技术问题，得到了供水充足，水资源充分利用，使水资源分布更加平衡的技术效果。

作为上述方案的进一步改进，所述输水总损失的计算公式为：

H_f1＝(16Q²L₁)/(C₁ ²d⁴Π²R)+(16Q²L₂)/(C₂ ²d⁴Π²R)+…+(16Q²L_n)/(C_n ²d⁴Π²R)

式中，Q为管道流量；L₁，L₂，…，L_n依次为所述拓扑路径的各段管件的长度；C₁，C₂，…，C_n依次为各段管件的谢才系数；R为水力半径。

作为上述方案的进一步改进，所述沿程损失的计算方法包括以下步骤：

(5.3.1)计算雷诺数；

(5.3.2)计算相对粗糙度；

(5.3.3)根据所述雷诺数和所述相对粗糙度，确定清水阻力系数λ；以及

(5.3.4)计算所述沿程损失，且计算公式为：H_f2＝(λ×L×V²)/(2×d×g)；其中，V为所述管件的流速，g为重力加速度，L为相邻两个供水点之间的各段管件的总长度，d为相邻两个供水点之间的管件的管径。

进一步地，所述雷诺数的计算公式为：

Re＝(V×d)/ν

Re为所述雷诺数，ν为黏性系数；

所述相对粗糙度的计算公式为：

为所述相对粗糙度，Δ为当量粗糙度；

各段管件的谢才系数的计算公式为：

C_n＝(R^0.16667)/m

式中，m为各段管件的粗糙系数。

作为上述方案的进一步改进，还判断所述输水终点所在区域是否存在水库；

在所述输水终点所在区域存在水库时，还计算所述水库的水蒸发量，且计算公式为：

式中，h_蒸为单位面积蒸发量损失深度，k₁为蒸发折算系数，E₂₀为多年平均实测蒸发量，

为多年平均降雨量，/>

为多年平均径流深。

作为上述方案的进一步改进，各段管件中最低壁厚的计算公式为：

T＝δ+C1+C2

式中，T为直管管壁设计壁厚，δ为直管管壁理论计算壁厚，C1为壁厚负偏差附加量，C2为腐蚀或磨蚀裕度附加量；

各段管件中最低强度的计算公式为：

γ_oσ≤f

e_min为最小壁厚，PFA为允许工作压力，SF为管件设计参数，DE为管的工程外径，Rm为最小抗拉强度；σ_θ为钢管管壁截面的最大环向应力，σ为钢管管壁截面的最大组合折算应力，η为应力折算系数，γ_o为管道结构重要性系敛。

作为上述方案的进一步改进，所述缺口水量的计算公式为：

Ws＝Wd-Rw-kT

式中，Ws为所述缺口水量，Wd为需求水量，Rw为所述存水量，k为单位时间的用水量，T为单位时间。

作为上述方案的进一步改进，在步骤(2)中，还判断所述圆形区域内存在水量余出信息的储水点的数量是否大于一个预设搜索值一；在所述储水点的数量大于所述预设搜索值一时，判断所述储水点的数量是否小于一个预设搜索值二；在所述储水点的数量不大于所述预设搜索值一时，增加所述预设单位长度；在所述储水点的数量小于所述预设搜索值二，执行步骤(3)；在所述储水点的数量不小于所述预设搜索值二，减少所述预设单位长度。

作为上述方案的进一步改进，在所述输水拓扑网络中，每个供水点与直接相连的供水点的直线距离小于一个预设间距，相邻的两个供水点之间的海拔差小于一个预设高度。

本发明还提供一种高海拔长距离的输水定位系统，其应用上述任意所述的高海拔长距离的输水定位方法，其包括：

计算模块一，其用于统计至少一个输水终点的水量需求信息，并根据各个输水终点所在区域的存水量，计算出各个输水终点在一个预设单位时间内的缺口水量；

搜索模块，其用于以所述输水终点为圆心，并以一个预设单位长度为半径搜索所在圆形区域内的各个储水点的水量余出信息；在未搜索到水量余出信息时，所述搜索模块增加所述预设单位长度并进行搜索；

排序选取模块一，其用于按照从大至小的排列顺序对所述水量余出信息进行排序，以在所有储水点中选取所述余出水量大于一个预设水量的多个供水点；

模型建立模块，其用于建立所述输水终点与各个供水点的输水三维模型；在所述输水三维模型中，所述输水终点、各个供水点均通过至少一种管件相连，并形成一个输水拓扑网络；

计算模块二，其用于在所述输水拓扑网络中选出供水总量大于所述缺口水量的多条拓扑路径，并相应计算出各条拓扑路径的输水扬程；其中，所述计算模块二包括计算单元一、计算单元二、计算单元三、计算单元四、计算单元五以及计算单元六；所述计算单元一用于根据对应的拓扑路径上所有供水点的余出水量信息，计算出所有供水点的余出总水量；所述计算单元二用于计算出对应的拓扑路径的管线总长度；所述计算单元三用于先计算出相邻两个供水点之间的输水净扬程，再计算出相邻两个供水点的沿程损失，最后根据所述输水净扬程和所述沿程损失，计算出相应的输水节点间扬程；所述计算单元四用于根据所述管线总长度，先计算出对应的拓扑路径的输水总设计扬程和输水总损失，再根据所述输水总设计扬程和所述输水总损失，计算出输水整体扬程；所述计算单元五用于叠加每条拓扑路径上所有供水点之间的所述输水节点间扬程以统计出输水路径扬程；所述计算单元六用于根据一个预设比重系数表中的赋权关系，对所述输水整体扬程和所述输水路径扬程进行赋权叠加运算，以计算出所述输水扬程；以及

排序选取模块二，其用于将所有输水扬程进行排序，并选取输水扬程最小的拓扑路径作为所述输水终点的供水路径。

相较于现有的输水定位方法，本发明的高海拔长距离的输水定位方法及其定位系统具有以下有益效果：

1、该高海拔长距离的输水定位方法，其先计算出输水终点的缺口水量，该缺口水量则代表输水终点水量缺口，即需要输送的水量，然后在输水终点为圆心的圆形区域内对储水点的水量余出信息进行搜索，以搜索出能够提供额外水资源的储水点，随后对水量余出信息进行排序，从储水点中选出满足预设要求的供水点，而后建立供水点和输水终点之间的输水三维模型，并形成输水终点和各个供水点的输水拓扑网络，再然后选出供水总量大于缺口水量的拓扑路径，并计算出每条拓扑路径的输水扬程，最后对输水扬程进行排序并选出输水扬程最小的拓扑路径作为供水路径，这样在输水终点所在的一定区域内的富足水资源则可以通过该供水路径输送至输水终点，同时由于规划了多条拓扑路径，为最终选择供水路径提供了充足的选择，并且以缺口水量以及各个供水点的供水量为基准进行路径选择，可以保证水量供应充足的同时，不会影响到供水点的供水需求，使得一定区域的水资源能够分布均匀，从而充分利用水资源，使水资源分布更加平衡。

2、该高海拔长距离的输水定位方法，其在计算每条拓扑路径的输水扬程时，首先计算所有供水点的余出总水量，其次计算该拓扑路径的管线总长度，然后通过输水净扬程和沿程损失而计算出相邻两个供水点的输水节点间扬程，再然后根据计算出的输水总设计扬程和输水总损失计算出输水整体扬程，随后叠加每条拓扑路径上供水点的输水节点间扬程以统计出输水路径扬程，最后对输水整体扬程和输水路径扬程进行赋权叠加运算，以计算出输水扬程，这样所计算出输水扬程既考虑了总体输水损失，又注意到相邻两个节点之间的扬程损失，使得输水扬程的数据更加准确，并且为最终选定的供水路径提供可靠的数据支撑，使得供水路径最优化，在满足供水需求的同时还能够使得扬程最小化，节约供水设备和能源，从而降低了供水成本。

3、该高海拔长距离的输水定位方法，其还判断圆形区域内存在水量余出信息的储水点的数量是否大于预设搜索值一，是则进一步判断数量是否大于预设搜索值二，而在该数量在这两个值之间时，则进行下一步，否则增大或减少预设单位长度，使得最终的储水点的数量只能位于这两个值之间。这样，可以保证有充足的储水点进行选择，使得数据的参考范围足够大，保证最终选出的供水路径最优化，还可以避免储水点过多而增加选择难度和丢失最优路径，从而使定位的供水路径能够充分利用水资源和设备资源，降低输水成本。

该高海拔长距离的输水定位系统，其有益效果与上述输水定位方法的有益效果相同，在此不再做赘述。

附图说明

图1为本发明实施例1的高海拔长距离的输水定位方法的流程图。

图2为图1所示出的高海拔长距离的输水定位方法中输水扬程的计算方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

请参阅图1，本实施例提供了一种高海拔长距离的输水定位方法，该方法可以为高海拔地区提供供水路径的定位手段，尤其是在水资源分布不均为的区域，能够为设计相关的输水路线提供路径的确定方法。在一些实施例中，该输水定位方法可以设计成相应的输水定位软件，其能够将一定区域内的水资源分布情况预设进去，当需要设计出一条或者多条供水路径时，该软件能够通过接下来介绍的步骤实现路径的定位功能。其中，该输水定位方法包括以下这些步骤，即步骤(1)-(6)。

(1)统计至少一个输水终点的水量需求信息，并根据各个输水终点所在区域的存水量，计算出各个输水终点在一个预设单位时间内的缺口水量。在本实施例中，提供一种缺口水量的计算公式，该缺口水量的计算公式为：

Ws＝Wd-Rw-kT

式中，Ws为缺口水量，Wd为需求水量，Rw为存水量，k为单位时间的用水量，T为单位时间。这里需要说明的是，在其他一些实施例中，上述公式中存水量应为实际用水中的最低保底水量，在储水量低于该数值时，储水量告急，不适合向其他区域供水，同时也需要其他区域对该区域进行供水。另外，在实际应用过程中，上述公式中还可以增加新的项，例如，可以将一定时间内的降水量或入水量加到公式的左侧，还可以将水量蒸发量加到公式的右侧，这可以根据实际需要进行确定。

在本实施例中，还判断输水终点所在区域是否存在水库；

在输水终点所在区域存在水库时，还计算水库的水蒸发量，且计算公式为：

式中，h_蒸为单位面积蒸发量损失深度，k₁为蒸发折算系数，E₂₀为多年平均实测蒸发量，

为多年平均降雨量，/>

为多年平均径流深。

(2)以输水终点为圆心，并以一个预设单位长度为半径搜索所在圆形区域内的各个储水点的水量余出信息；在未搜索到水量余出信息时，增加预设单位长度。这里，该预设单位长度的实际大小可以根据各个区域的实际情况进行确定。例如，在西北干旱地区，该预设单位长度的数值会比较大，而在南方水资源充足的地区，该预设单位长度的数值就会比较小，在北方地区，该预设单位长度则会在前两者之间，而且在预设时，就可以根据区域之间进行确定。在搜索时，这些待搜索数据可以提前通过大数据的存储方式提前存储在服务器上，而搜索工具则可以设计单独的搜索软件进行搜索，这类似于雷达的搜索方式，而且这些储水点的数据是实时更新的，这样可以避免由于气候原因而产生的数据变迁而导致数据不准确的问题。

(3)按照从大至小的排列顺序对水量余出信息进行排序，以在所有储水点中选取余出水量大于一个预设水量的多个供水点。预设水量的大小可以根据各个区域的水资源分布情况而定，该数值能够反映该区域内的水资源平均情况。在余出水量低于预设水量时，则说明该储水点的多余水资源并不是很多，不适合作为采水点，而当余出水量大于该预设水量时，则可以对该储水点进行采水供水。当然，在一些实施例中，预设水量可以人为地进行确定，该数值还可以采用一个函数进行选择。

(4)建立输水终点与各个供水点的输水三维模型。在输水三维模型中，输水终点、各个供水点均通过至少一种管件相连，并形成一个输水拓扑网络。这里需要说明的是，在输水拓扑网络中，每个供水点与直接相连的供水点的直线距离小于一个预设间距，相邻的两个供水点之间的海拔差小于一个预设高度。

在本实施例中，各段管件中最低壁厚的计算公式为：

T＝δ+C1+C2

式中，T为直管管壁设计壁厚，δ为直管管壁理论计算壁厚，C1为壁厚负偏差附加量，C2为腐蚀或磨蚀裕度附加量；

各段管件中最低强度的计算公式为：

γ_oσ≤f

e_min为最小壁厚，PFA为允许工作压力，SF为管件设计参数，DE为管的工程外径，Rm为最小抗拉强度；σ_θ为钢管管壁截面的最大环向应力，σ为钢管管壁截面的最大组合折算应力，η为应力折算系数，γ_o为管道结构重要性系敛。本实施例中通过计算出各段管件中最低壁厚以及最低强度，这样为选择管件提供数据支撑，尤其是在计算出输水扬程后，可以选取出满足工程要求的管件种类，这样一方面能够降低管件的费用，降低输水成本，另一方面能够充分利用设备资源，提升资源利用率。

(5)在输水拓扑网络中选出供水总量大于缺口水量的多条拓扑路径，并相应计算出各条拓扑路径的输水扬程。请参阅图2，每条拓扑路径的输水扬程的计算方法包括以下步骤：(5.1)根据对应的拓扑路径上所有供水点的余出水量信息，计算出所有供水点的余出总水量；(5.2)计算出对应的拓扑路径的管线总长度；(5.3)先计算出相邻两个供水点之间的输水净扬程，再计算出相邻两个供水点的沿程损失，最后根据输水净扬程和沿程损失，计算出相应的输水节点间扬程；(5.4)根据管线总长度，先计算出对应的拓扑路径的输水总设计扬程和输水总损失，再根据输水总设计扬程和输水总损失，计算出输水整体扬程；(5.5)叠加每条拓扑路径上所有供水点之间的输水节点间扬程以统计出输水路径扬程；(5.6)根据一个预设比重系数表中的赋权关系，对输水整体扬程和输水路径扬程进行赋权叠加运算，以计算出输水扬程。这样所计算出输水扬程既考虑了总体输水损失，又注意到相邻两个节点之间的扬程损失，使得输水扬程的数据更加准确，并且为最终选定的供水路径提供可靠的数据支撑，使得供水路径最优化，在满足供水需求的同时还能够使得扬程最小化，节约供水设备和能源，从而降低了供水成本。

在本实施例中，输水总损失的计算公式为：

H_f1＝(16Q²L₁)/(C₁ ²d⁴Π²R)+(16Q²L₂)/(C₂ ²d⁴Π²R)+…+(16Q²L_n)/(C_n ²d⁴Π²R)

式中，Q为管道流量。L₁，L₂，…，L_n依次为拓扑路径的各段管件的长度；C₁，C₂，…，C_n依次为各段管件的谢才系数。R为水力半径。其中，各段管件的谢才系数的计算公式为：

C_n＝(R^0.16667)/m

式中，m为各段管件的粗糙系数。

沿程损失的计算方法包括以下这些步骤，即步骤(5.3.1)-(5.3.4)。

(5.3.1)计算雷诺数；雷诺数的计算公式为：

Re＝(V×d)/ν

Re为雷诺数，ν为黏性系数。

(5.3.2)计算相对粗糙度。其中，相对粗糙度的计算公式为：

为相对粗糙度，Δ为当量粗糙度。

(5.3.3)根据雷诺数和相对粗糙度，确定清水阻力系数λ。

(5.3.4)计算沿程损失，且计算公式为：H_f2＝(λ×L×V²)/(2×d×g)；其中，V为管件的流速，g为重力加速度，L为相邻两个供水点之间的各段管件的总长度，d为相邻两个供水点之间的管件的管径。

(6)将所有输水扬程进行排序，并选取输水扬程最小的拓扑路径作为输水终点的供水路径。这样在输水终点所在的一定区域内的富足水资源则可以通过该供水路径输送至输水终点，同时由于规划了多条拓扑路径，为最终选择供水路径提供了充足的选择，并且以缺口水量以及各个供水点的供水量为基准进行路径选择，可以保证水量供应充足的同时，不会影响到供水点的供水需求，使得一定区域的水资源能够分布均匀，从而充分利用水资源，使水资源分布更加平衡。

综上所述，相较于现有的输水定位方法，本实施例的高海拔长距离的输水定位方法具有以下优点：

1、该高海拔长距离的输水定位方法，其先计算出输水终点的缺口水量，该缺口水量则代表输水终点水量缺口，即需要输送的水量，然后在输水终点为圆心的圆形区域内对储水点的水量余出信息进行搜索，以搜索出能够提供额外水资源的储水点，随后对水量余出信息进行排序，从储水点中选出满足预设要求的供水点，而后建立供水点和输水终点之间的输水三维模型，并形成输水终点和各个供水点的输水拓扑网络，再然后选出供水总量大于缺口水量的拓扑路径，并计算出每条拓扑路径的输水扬程，最后对输水扬程进行排序并选出输水扬程最小的拓扑路径作为供水路径，这样在输水终点所在的一定区域内的富足水资源则可以通过该供水路径输送至输水终点，同时由于规划了多条拓扑路径，为最终选择供水路径提供了充足的选择，并且以缺口水量以及各个供水点的供水量为基准进行路径选择，可以保证水量供应充足的同时，不会影响到供水点的供水需求，使得一定区域的水资源能够分布均匀，从而充分利用水资源，使水资源分布更加平衡。

2、该高海拔长距离的输水定位方法，其在计算每条拓扑路径的输水扬程时，首先计算所有供水点的余出总水量，其次计算该拓扑路径的管线总长度，然后通过输水净扬程和沿程损失而计算出相邻两个供水点的输水节点间扬程，再然后根据计算出的输水总设计扬程和输水总损失计算出输水整体扬程，随后叠加每条拓扑路径上供水点的输水节点间扬程以统计出输水路径扬程，最后对输水整体扬程和输水路径扬程进行赋权叠加运算，以计算出输水扬程，这样所计算出输水扬程既考虑了总体输水损失，又注意到相邻两个节点之间的扬程损失，使得输水扬程的数据更加准确，并且为最终选定的供水路径提供可靠的数据支撑，使得供水路径最优化，在满足供水需求的同时还能够使得扬程最小化，节约供水设备和能源，从而降低了供水成本。

实施例2

本实施例提供了一种高海拔长距离的输水定位方法，该方法在设计输水三维模型时，还会在输水三维模型中设置圆形区域的流域信息、气象信息、水文测站信息、径流信息、洪水信息、泥沙信息、冰情信息以及水质信息。在本实施例中，气象信息包括预设区域的气候特征信息。述径流信息包括预设区域内的河流信息、降水量信息、一个预设时间段内预设区域的洪水分布信息以及丰枯信息。丰枯信息根据年径流变率划分出丰、平、枯水年份。洪水信息包括水库洪水信息以及山沟洪水信息。泥沙信息的计算公式为：

w_b＝βw_s

w_b为多年平均推移质年输沙量，w_s为多年平均悬移质年输沙量，β为推移质与悬移质沙量的比值。由于泥沙信息可以根据多年平均推移质年输沙量与多年平均悬移质年输沙量之间存在的经验关系，来计算多年平均推移质年输沙量，从而使得输水三维模型更加接近真实情况，并且可以为筛选出初步路线提供准确数据。

该高海拔长距离的输水定位方法，其能够在输水三维模型中设置地理环境信息，这样考虑到起点到终点之间的沿线情况，使得路线更符合实际需求，避免出现设计的路线不能够在实际中进行实现，最大化利用设备资源和水资源，提高输水效果和输水效率。而且，将这些地理环境信息输入到输水三维模型中，可以形成输水环境信息的大数据，可以便于后期建立输水信息库，以便于后续建立其他的输水模型以及输水线路。

实施例3

本实施例提供了一种高海拔长距离的输水定位方法，该方法在实施例1的基础上增加了部分步骤。其中，在步骤(2)中，还判断圆形区域内存在水量余出信息的储水点的数量是否大于一个预设搜索值一。在储水点的数量大于预设搜索值一时，判断储水点的数量是否小于一个预设搜索值二。在储水点的数量不大于预设搜索值一时，增加预设单位长度。在储水点的数量小于预设搜索值二，执行步骤(3)。在储水点的数量不小于预设搜索值二，减少预设单位长度。

因此，该高海拔长距离的输水定位方法还判断圆形区域内存在水量余出信息的储水点的数量是否大于预设搜索值一，是则进一步判断数量是否大于预设搜索值二，而在该数量在这两个值之间时，则进行下一步，否则增大或减少预设单位长度，使得最终的储水点的数量只能位于这两个值之间。这样，可以保证有充足的储水点进行选择，使得数据的参考范围足够大，保证最终选出的供水路径最优化，还可以避免储水点过多而增加选择难度和丢失最优路径，从而使定位的供水路径能够充分利用水资源和设备资源，降低输水成本。

实施例4

本实施例提供了一种高海拔长距离的输水定位系统，该系统应用实施例1中的高海拔长距离的输水定位方法，并且包括计算模块一、搜索模块、排序选取模块一、模型建立模块、计算模块二以及排序选取模块二。

计算模块一用于统计至少一个输水终点的水量需求信息，并根据各个输水终点所在区域的存水量，计算出各个输水终点在一个预设单位时间内的缺口水量。搜索模块用于以输水终点为圆心，并以一个预设单位长度为半径搜索所在圆形区域内的各个储水点的水量余出信息。在未搜索到水量余出信息时，搜索模块增加预设单位长度并进行搜索。

排序选取模块一用于按照从大至小的排列顺序对水量余出信息进行排序，以在所有储水点中选取余出水量大于一个预设水量的多个供水点。模型建立模块用于建立输水终点与各个供水点的输水三维模型。在输水三维模型中，输水终点、各个供水点均通过至少一种管件相连，并形成一个输水拓扑网络。

计算模块二用于在输水拓扑网络中选出供水总量大于缺口水量的多条拓扑路径，并相应计算出各条拓扑路径的输水扬程。其中，计算模块二包括计算单元一、计算单元二、计算单元三、计算单元四、计算单元五以及计算单元六。计算单元一用于根据对应的拓扑路径上所有供水点的余出水量信息，计算出所有供水点的余出总水量。计算单元二用于计算出对应的拓扑路径的管线总长度。计算单元三用于先计算出相邻两个供水点之间的输水净扬程，再计算出相邻两个供水点的沿程损失，最后根据输水净扬程和沿程损失，计算出相应的输水节点间扬程。计算单元四用于根据管线总长度，先计算出对应的拓扑路径的输水总设计扬程和输水总损失，再根据输水总设计扬程和输水总损失，计算出输水整体扬程。计算单元五用于叠加每条拓扑路径上所有供水点之间的输水节点间扬程以统计出输水路径扬程。计算单元六用于根据一个预设比重系数表中的赋权关系，对输水整体扬程和输水路径扬程进行赋权叠加运算，以计算出输水扬程。排序选取模块二用于将所有输水扬程进行排序，并选取输水扬程最小的拓扑路径作为输水终点的供水路径。

该高海拔长距离的输水定位系统相较于现有的输水路线定位系统，其所具有的优点与实施例1中的高海拔长距离的输水定位方法的优点相同。

实施例5

本实施例提供一种计算机终端，其包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序。处理器执行程序时实现实施例1的高海拔长距离的输水定位方法的步骤。

实施例1的方法在应用时，可以软件的形式进行应用，如设计成独立运行的程序，安装在计算机终端上，计算机终端可以是电脑、智能手机、控制系统以及其他物联网设备等。实施例1的方法也可以设计成嵌入式运行的程序，安装在计算机终端上，如安装在单片机上。

实施例6

本实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序。程序被处理器执行时，实现实施例1的高海拔长距离的输水定位方法的步骤。

实施例1的方法在应用时，可以软件的形式进行应用，如设计成计算机可读存储介质可独立运行的程序，计算机可读存储介质可以是U盘，设计成U盾，通过U盘设计成通过外在触发启动整个方法的程序。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种高海拔长距离的输水定位方法，其特征在于，其包括以下步骤：

(1)统计至少一个输水终点的水量需求信息，并根据各个输水终点所在区域的存水量，计算出各个输水终点在一个预设单位时间内的缺口水量；

(2)以所述输水终点为圆心，并以一个预设单位长度为半径搜索所在圆形区域内的各个储水点的水量余出信息；在未搜索到水量余出信息时，增加所述预设单位长度；

(3)按照从大至小的排列顺序对所述水量余出信息进行排序，以在所有储水点中选取所述余出水量大于一个预设水量的多个供水点；

(4)建立所述输水终点与各个供水点的输水三维模型；在所述输水三维模型中，所述输水终点、各个供水点均通过至少一种管件相连，并形成一个输水拓扑网络；

(5)在所述输水拓扑网络中选出供水总量大于所述缺口水量的多条拓扑路径，并相应计算出各条拓扑路径的输水扬程；其中，每条拓扑路径的输水扬程的计算方法包括以下步骤：

(5.1)根据对应的拓扑路径上所有供水点的余出水量信息，计算出所有供水点的余出总水量；

(5.2)计算出对应的拓扑路径的管线总长度；

(5.3)先计算出相邻两个供水点之间的输水净扬程，再计算出相邻两个供水点的沿程损失，最后根据所述输水净扬程和所述沿程损失，计算出相应的输水节点间扬程；

其中，所述沿程损失的计算公式为：H_f2＝(λ×L×V²)/(2×d×g)；其中，V为所述管件的流速，g为重力加速度，L为相邻两个供水点之间的各段管件的总长度，d为相邻两个供水点之间的管件的管径；

(5.4)根据所述管线总长度，先计算出对应的拓扑路径的输水总设计扬程和输水总损失，再根据所述输水总设计扬程和所述输水总损失，计算出输水整体扬程；

其中，所述输水总损失的计算公式为：

H_f1＝(16Q²L₁)/(C₁ ²d⁴Π²R)+(16Q²L₂)/(C₂ ²d⁴Π²R)+…+(16Q²L_n)/(C_n ²d⁴Π²R)

式中，Q为管道流量；L₁，L₂，…，L_n依次为所述拓扑路径的各段管件的长度；C₁，C₂，…，C_n依次为各段管件的谢才系数；R为水力半径；

(5.5)叠加每条拓扑路径上所有供水点之间的所述输水节点间扬程以统计出输水路径扬程；以及

(5.6)根据一个预设比重系数表中的赋权关系，对所述输水整体扬程和所述输水路径扬程进行赋权叠加运算，以计算出所述输水扬程；以及

(6)将所有输水扬程进行排序，并选取输水扬程最小的拓扑路径作为所述输水终点的供水路径。

2.如权利要求1所述的高海拔长距离的输水定位方法，其特征在于，所述沿程损失的计算方法包括以下步骤：

(5.3.1)计算雷诺数；

(5.3.2)计算相对粗糙度；

(5.3.3)根据所述雷诺数和所述相对粗糙度，确定清水阻力系数λ；以及

(5.3.4)计算所述沿程损失。

3.如权利要求2所述的高海拔长距离的输水定位方法，其特征在于，所述雷诺数的计算公式为：

Re＝(V×d)/ν

Re为所述雷诺数，ν为黏性系数；

所述相对粗糙度的计算公式为：

▽＝Δ/d

▽为所述相对粗糙度，Δ为当量粗糙度；

各段管件的谢才系数的计算公式为：

C_n＝(R^0.16667)/m

式中，m为各段管件的粗糙系数。

4.如权利要求1所述的高海拔长距离的输水定位方法，其特征在于，在步骤(1)，还判断所述输水终点所在区域是否存在水库；

在所述输水终点所在区域存在水库时，还计算所述水库的水蒸发量，且计算公式为：

式中，h_蒸为单位面积蒸发量损失深度，k₁为蒸发折算系数，E₂₀为多年平均实测蒸发量，

为多年平均降雨量，/>

为多年平均径流深。

5.如权利要求1所述的高海拔长距离的输水定位方法，其特征在于，各段管件中最低壁厚的计算公式为：

T＝δ+C1+C2

式中，T为直管管壁设计壁厚，δ为直管管壁理论计算壁厚，C1为壁厚负偏差附加量，C2为腐蚀或磨蚀裕度附加量；

各段管件中最低强度的计算公式为：

γ_oσ≤f

e_min为最小壁厚，PFA为允许工作压力，SF为管件设计参数，DE为管的工程外径，Rm为最小抗拉强度；σ_θ为钢管管壁截面的最大环向应力，σ为钢管管壁截面的最大组合折算应力，η为应力折算系数，γ_o为管道结构重要性系敛。

6.如权利要求1所述的高海拔长距离的输水定位方法，其特征在于，所述缺口水量的计算公式为：

Ws＝Wd-Rw-kT

式中，Ws为所述缺口水量，Wd为需求水量，Rw为所述存水量，k为单位时间的用水量，T为单位时间。

7.如权利要求1所述的高海拔长距离的输水定位方法，其特征在于，在步骤(2)中，还判断所述圆形区域内存在水量余出信息的储水点的数量是否大于一个预设搜索值一；在所述储水点的数量大于所述预设搜索值一时，判断所述储水点的数量是否小于一个预设搜索值二；在所述储水点的数量不大于所述预设搜索值一时，增加所述预设单位长度；在所述储水点的数量小于所述预设搜索值二，执行步骤(3)；在所述储水点的数量不小于所述预设搜索值二，减少所述预设单位长度。

8.如权利要求1所述的高海拔长距离的输水定位方法，其特征在于，在所述输水拓扑网络中，每个供水点与直接相连的供水点的直线距离小于一个预设间距，相邻的两个供水点之间的海拔差小于一个预设高度。

9.一种高海拔长距离的输水定位系统，其应用如权利要求1-8中任意一项所述的高海拔长距离的输水定位方法，其特征在于，其包括：

计算模块一，其用于统计至少一个输水终点的水量需求信息，并根据各个输水终点所在区域的存水量，计算出各个输水终点在一个预设单位时间内的缺口水量；

搜索模块，其用于以所述输水终点为圆心，并以一个预设单位长度为半径搜索所在圆形区域内的各个储水点的水量余出信息；在未搜索到水量余出信息时，所述搜索模块增加所述预设单位长度并进行搜索；

排序选取模块一，其用于按照从大至小的排列顺序对所述水量余出信息进行排序，以在所有储水点中选取所述余出水量大于一个预设水量的多个供水点；

模型建立模块，其用于建立所述输水终点与各个供水点的输水三维模型；在所述输水三维模型中，所述输水终点、各个供水点均通过至少一种管件相连，并形成一个输水拓扑网络；

计算模块二，其用于在所述输水拓扑网络中选出供水总量大于所述缺口水量的多条拓扑路径，并相应计算出各条拓扑路径的输水扬程；其中，所述计算模块二包括计算单元一、计算单元二、计算单元三、计算单元四、计算单元五以及计算单元六；所述计算单元一用于根据对应的拓扑路径上所有供水点的余出水量信息，计算出所有供水点的余出总水量；所述计算单元二用于计算出对应的拓扑路径的管线总长度；所述计算单元三用于先计算出相邻两个供水点之间的输水净扬程，再计算出相邻两个供水点的沿程损失，最后根据所述输水净扬程和所述沿程损失，计算出相应的输水节点间扬程；所述计算单元四用于根据所述管线总长度，先计算出对应的拓扑路径的输水总设计扬程和输水总损失，再根据所述输水总设计扬程和所述输水总损失，计算出输水整体扬程；所述计算单元五用于叠加每条拓扑路径上所有供水点之间的所述输水节点间扬程以统计出输水路径扬程；所述计算单元六用于根据一个预设比重系数表中的赋权关系，对所述输水整体扬程和所述输水路径扬程进行赋权叠加运算，以计算出所述输水扬程；以及

排序选取模块二，其用于将所有输水扬程进行排序，并选取输水扬程最小的拓扑路径作为所述输水终点的供水路径。

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