CN111436353B - 一种灌区水流方向的识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种灌区水流方向的识别方法，利用不需要高成本设备便可获取的灌区地理空间信息数据，通过地理信息系统软件，绘制灌区土地利用、沟、渠、涵、闸和泵的矢量数据图层，然后将复杂的自然～人工二元水循环介质分割成一个个模拟单元，并根据各模拟单元的空间拓扑接触关系和灌溉排水流动原理，得到模拟单元之间的水力连接关系，最终准确地刻画出灌区总体的水流方向。

Description

一种灌区水流方向的识别方法

技术领域

本发明涉及农田水利领域，具体涉及一种灌区水流方向的识别方法。

背景技术

灌区作为我国粮食和经济作物的主要载体和产区，由于受到灌溉、排水、作物种植等人类活动干扰以及渠道、沟道、塘堰、耕地、田埂等复杂人造地貌影响，表现出典型的自然～人工二元水循环特征，其水系格局、水流方向、水力梯度、水循环过程与自然流域存在显著差异。精准追踪灌区水循环要素的流动路径和方向，确定不同介质单元之间的水力连接关系，对于科学管理和调控灌区水资源有着重要的意义。

目前针对灌区介质之间水力连接关系的判别多采用与自然流域相同的方法，即根据数字高程模型(DEM)提供的栅格数据，识别并提取出水系分布图，并根据“水往低处流”的原理，基于各单元地表高程大小自动判别水流方向。由于灌区人工沟渠、塘堰/田埂等形成了密布的局地小地貌条件，加之灌区内部田块出入口多且流向复杂，而上述水流方向判别方式极大地依赖于DEM数据的精度，若大范围获取高精度DEM，则势必导致投入成本较高，若采用公共资源提供的DEM数据，则受限于数据分辨率，难以对沟渠等水流介质进行精准细致的自动刻画，造成识别的灌排水系网络失真，使得灌区的水流方向和流动路径产生错误，从而进一步对灌区水资源调控的科学性和合理性产生极大的影响。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的一种灌区水流方向的识别方法，该方法解决了传统的单纯基于数字高程模型(DEM)的流向判别技术无法同时满足成本和精度指标的问题。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：一种灌区水流方向的识别方法，包括以下步骤：

S1、根据灌区地理空间信息，通过地理信息系统软件进行空间建模，得到基本地理空间矢量数据图层；

S2、对基本地理空间矢量数据图层进行网格划分，并生成模拟单元；

S3、遍历并检索模拟单元之间的连接关系，根据空间拓扑特征和灌溉排水流动原理，得到模拟单元间的水力连接关系，所有模拟单元间的水力连接关系合并生成灌区总体的水流方向。

进一步地，步骤S1中的基本地理空间矢量数据图层类型包括：面状图层、线状图层和点状图层；

所述面状图层为平面网格图层，由灌区的土地利用分区和灌排分区叠加形成，该图层包含的必要属性信息包括各个平面网格的地表平均高程、各个平面网格内的灌溉面积占该网格总面积的比例；

所述线状图层包括：渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层；其中渠道分布图层包含的必要属性信息包括渠道的输/配水类别、渠道级别；沟道分布图层包含的必要属性信息包括沟道级别；暗管分布图层包含的必要属性信息包括吸水/集水类别和暗管级别；

所述点状图层包括：圆涵分布图层、方涵分布图层、闸门分布图层和泵站分布图层。

进一步地，步骤S2中的模拟单元包括：面状单元、线状单元和点状单元；

所述面状单元包括：地表单元和地下单元；

所述线状单元包括：渠道单元、沟道单元和暗管单元；

所述点状单元包括：圆涵单元、方涵单元、闸门单元和泵站单元。

进一步地，步骤S2包括以下步骤：

S21、对面状图层中的各多边形网格ID进行编号，使面状图层划分成N个可寻址的面状网格Cell_i；再提取面状网格Cell_i的角点平面坐标，对筛除重复点后的所有角点进行编号，并按某一固定方向记录面状网格Cell_i的角点编号和角点坐标数组，其中i为面状网格Cell_i的ID号，其值为整数，在闭区间[1,N]内；

S22、将每个面状网格Cell_i直接认定生成为地表单元和地下单元，并继承相应的字段属性；

S23、根据面状图层的平面网格边界对渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层中的各条渠道、沟道、暗管进行分段，得到初划分的渠道单元、初划分的沟道单元和初划分的暗管单元；

S24、根据灌区渠道、沟道和暗管的地理特征以及点状图层中的水工建筑物位置，对初划分的渠道单元、初划分的沟道单元和初划分的暗管单元进行细化分，得到渠道单元、沟道单元和暗管单元；

S25、对每个渠道单元、沟道单元和暗管单元进行编号，并结合其地理特征，继承渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层中的相应渠道、沟道、暗管的字段属性；

S26、将圆涵分布图层、方涵分布图层、闸门分布图层和泵站分布图层中的圆涵、方涵、闸门和泵站直接认定为相应的圆涵单元、方涵单元、闸门单元和泵站单元，并继承其字段属性。

进一步地，步骤S23具体为：根据面状图层中的平面网格边界对渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层中的各条渠道、沟道和暗管进行分段，将分段后出现的微小线段合并至相邻较短线段，若某条渠道、沟道或者暗管在一个平面网格内出现了转折，则忽略该转折点，处理成一个连续的渠段、沟道段或暗管段，并将各分段点命为打断点，从而得到初划分的渠道单元、初划分的沟道单元和初划分的暗管单元。

进一步地，步骤S24中渠道的细化方法为：

A1、判断各个渠道分水口是否位于渠道打断点，若是，则不做处理，若否，则跳转至步骤A2；

A2、判断渠道分水口是否在平面网格的角点处，若否，则就近将分水口移至平面网格的角点处；若是，则不做处理；

A3、若渠道分水后又再次向另一个方向分水，则将第2次分水口移至第1次分水口处；

A4、若某渠道含有与渠道打断点不重合的分水口，则将该渠道在分水口处断开，分为两个渠段；

A5、将上方含有水工建筑物的渠道，在建筑物所在处打断，划分为前后两个渠段；

A6、将得到的渠段作为新的渠道单元；

所述步骤S24中沟道的细化方法为：

B1、判断各个沟道汇水点是否位于沟道打断点，若是，则不做处理，若否，则跳转至步骤B2；

B2、判断沟道汇水点是否在平面网格的角点处，若否，则就近将汇水点移至平面网格的角点处，若是，则不做处理；

B3、若沟道汇水后又再次汇水，则将第2次汇水口移至第1次汇水口处；

B4、若某沟道含有与沟道打断点不重合的汇水口，则将该沟道在汇水口处断开，分为两个沟段；

B5、将上方含有水工建筑物的沟道，在建筑物所在处打断，划分为前后两个沟段；

B6、将得到的沟段作为新的沟道单元；

所述步骤S24中暗管的细化方法为：

C1、判断各个暗管汇水点是否位于暗管打断点，若是，则不做处理，若否，则跳转至步骤C2；

C2、判断暗管汇水点是否在平面网格的角点处，若否，则就近将汇水点移至平面网格的角点处，若是，则不做处理；

C3、若暗管汇水后又再次汇水，则将第2次汇水口移至第1次汇水口处；

C4、若某暗管含有与暗管打断点不重合的汇水口，则将该暗管在汇水口处断开，分为两个暗管段；

C5、将上方含有水工建筑物的暗管，在建筑物所在处打断，划分为前后两个暗管段；

C6、将得到的暗管段作为新的暗管单元；

所述步骤S25中对每个渠道单元、沟道单元和暗管单元进行编号的方法为：对渠道单元、沟道单元和暗管单元分别按级别顺序从上游到下游连续递增编号，将每条引导渠的编号定义一个负ID，该负ID的值为与该引导渠相连上级渠段的ID的相反数；将每条引导沟的编号定义一个负ID，该负ID的值为与该引导沟相连下级沟段的ID的相反数；将每条引导暗管的编号定义一个负ID，该负ID的值为与该引导暗管相连下级暗管段的ID的相反数。

进一步地，步骤S3中模拟单元间的水力连接关系包括：

渠道单元～渠道单元：分配水；

沟道单元～沟道单元：排水；

暗管单元～暗管单元：排水；

暗管单元～沟道单元：排水；

渠道单元～沟道单元：退水；

渠道单元～田块单元：灌溉；

渠道单元～地下单元：渗漏补给；

地表单元～沟道单元：地表排水；

地下单元～沟道单元：地下排水；

地下单元～暗管单元：地下排水；

地表单元～地下单元：入渗补给；

地表单元～地表单元：地表径流；

地下单元～地下单元：地下水平交换；

点状单元～渠道单元：提水灌溉或分水；

点状单元～沟道单元：控制排水或强排；

渠道单元～点状单元～沟道单元：控制退水。

进一步地，根据渠道单元之间的端点接触关系推求，得到渠道单元～渠道单元的水力连接关系；包括如下几种情况：A：中间渠道单元分别与一个上游渠道单元和一个下游渠道单元连接；B：一个渠道单元分别与多个下游渠道单元连接；C：一个渠道单元分别与多个上游渠道单元连接；D：将引导渠道单元连接至某个渠道单元上时，判断连接点是否在该渠道单元的两端之间，若是，则不做处理，若否，则连接至上游渠道单元；

根据沟段之间的端点接触关系推求，得到沟道单元～沟道单元的水力连接关系，包括如下几种情况：A：中间沟道单元分别与一个上游沟道单元和一个下游沟道单元连接；B：一个沟道单元分别与多个下游沟道单元连接；C：一个沟道单元分别与多个上游沟道单元连接；D：将引导沟道单元连接至某个沟道单元上时，判断连接点是否在该沟道单元的两端之间，若是，则不做处理，若否，则连接至下游沟道单元；

根据暗管单元之间的端点接触关系推求，得到暗管单元～暗管单元的水力连接关系，包括如下几种情况：A：中间暗管单元分别与一个上游暗管单元和一个下游暗管单元连接；B：一个暗管单元分别与多个下游暗管单元连接；C：一个暗管单元分别与多个上游暗管单元连接；D：将引导暗管单元连接至某个暗管单元上时，判断连接点是否在该暗管单元的两端之间，若是，则不做处理，若否，则连接至下游暗管单元；

根据暗管单元与沟道单元之间的端点接触关系推求，得到暗管单元～沟道单元的水力连接关系；

根据渠道单元与沟道单元之间的端点接触关系推求，得到渠道单元～沟道单元的水力连接关系；

所述渠道单元～田块单元的水力连接关系的建立方法为：

D1、逐一检索各个地表单元，识别出灌溉面积比大于0的地表单元作为田块单元；

D2、判断田块单元上是否存在引导渠单元与其相交，若是，则建立该引导渠的负ID对应的正ID的渠段单元与该田块单元的水力连接关系，并跳转至步骤D6，若否，则跳转至步骤D3；

D3、判断田块单元是否存在配水类渠道单元与其相交，若是，则计算与该田块单元相交的配水渠道单元的数量，并跳转至D4，若否，则将该田块单元标记为“未连接”状态，并跳转至步骤D6；

D4、判断渠道单元数是否大于1，若是，跳转步骤D5，若否，则建立该渠道单元与田块单元的水力连接关系，并跳转至步骤D6；

D5、判断并列等级最低的渠道单元的数量是否大于等于2，若是，则标记出从田块单元中间穿过的等级最低的渠道单元，并建立该渠道单元和田块单元的水力连接关系，再跳转至步骤D6；若否，则建立等级最低的渠道单元和该田块单元的水力连接关系，并跳转至步骤D6；

D6、进入下一个田块单元的判别，并重复D2～D5的步骤，直至完成所有田块单元与渠道单元的水力连接关系的第一轮判别；

D7、逐一检索“未连接”状态的田块单元，判断其相邻的田块单元上是否属于已经建立了渠道单元～田块单元水力连接关系的田块单元，若是，则跳转至步骤D8，若否，则保持当前“未连接”状态，并进入步骤D10；

D8、判断“未连接”状态的田块单元是否只有一个相邻的田块单元建立了渠道单元～田块单元的连接关系，若是，则将相邻的田块单元上的渠道与该“未连接”状态的田块单元建立水力连接关系，并跳转至步骤D10；若否，则跳转至步骤D9；

D9、逐次统计每个已建立渠道单元～田块单元连接关系的相邻田块所连接的渠道单元的田块单元连接数量，并选择已连接田块单元数量最少的那个渠道单元与本“未连接”田块单元之间建立水力连接关系；

D10、统计“未连接”状态的田块单元的数量，判断“未连接”状态的田块单元的数量是否大于0，若是，则提醒用户手动添加每个“未连接”状态田块单元与渠道单元的水力连接关系，并结束渠道单元～田块单元的水力连接关系的建立，若否，则结束渠道单元～田块单元的水力连接关系的建立；

所述渠道单元～地下单元的水力连接关系的建立方法为：

E1、逐一检索各个渠道单元，判断是否存在与该渠道单元相交的地下单元，若是，则跳转至E2，若否，则保持当前状态；

E2、判断其相交长度是否小于该渠道单元总长度的10％时，若是，则保持当前状态，若否，则跳转至E3；

E3、建立该渠道单元与所有相交的地下单元的水力连接关系；

所述地表单元～沟道单元的水力连接关系的建立方法为：

F1、逐一检索地表单元，判断地表单元是否与引导沟单元相交，若是，则建立引导沟单元负ID对应的正ID沟道单元与该地表单元的水力连接关系，并进入下一个地表单元的判别；若否，则跳转至步骤F2；

F2、判断地表单元是否与沟道单元相交，若是，则跳转至步骤F3，若否，则保持当前状态，并进入下一个地表单元的判别；

F3、判断与该地表单元相交的沟道单元的数量是否等于1，若是，则建立该沟道单元与地表单元的水力连接关系，并进入下一个地表单元的判别，若否，则跳转至步骤F4；

F4、判断级别最低的沟段单元数是否等于1，若是，则建立级别最低的沟道单元与地表单元的水力连接关系，并进入下一个地表单元的判别，若否，则跳转至步骤F5；

F5、判断是否存在从地表单元中间穿过的级别最低的沟道单元，若是，则标记出其中任意一个从地表单元中间穿过的级别最低的沟道单元，并建立该沟道单元与地表单元的水力连接关系，然后进入下一个地表单元的判别，若否，则标记出其中任意一个不从地表单元中间穿过的级别最低的沟道单元，并建立该沟道单元与地表单元的水力连接关系，并进入下一个地表单元的判别，

F6、完成所有地表单元的检索判别后，结束地表单元～沟道单元的水力连接关系判别；

所述地下单元～沟道单元的水力连接关系的建立方法与地表单元～沟道单元的水力连接关系的建立方法相同；

所述地下单元～暗管单元的水力连接关系的建立方法为：

G1、逐一检索地下单元，判断地下单元是否与引导暗管单元相交，若是，则建立引导暗管单元负ID对应的正ID暗管单元与该地下单元的水力连接关系，并进入下一个地下单元的判别；若否，则跳转至步骤G2；

G2、判断地下单元是否与暗管单元相交，若是，则跳转至步骤G3，若否，则保持当前状态，并进入下一个地下单元的判别；

G3、判断与该地下单元相交的暗管单元的数量是否等于1，若是，则建立该暗管单元与地下单元的水力连接关系，并进入下一个地下单元的判别，若否，则跳转至步骤G4；

G4、判断级别最低的暗管单元的数量是否等于1，若是，则建立级别最低的暗管单元与地下单元的水力连接关系，并进入下一个地下单元的判别，若否，则跳转至步骤G5；

G5、判断是否存在从地下单元中间穿过的级别最低的暗管单元，若是，则标记出其中任意一个从地下单元中间穿过的级别最低的暗管单元，并建立该暗管单元与地下单元的水力连接关系，然后进入下一个地下单元的判别，若否，则标记出其中任意一个不从地下单元中间穿过的级别最低的暗管单元，并建立该暗管单元与地下单元的水力连接关系，并进入下一个地下单元的判别，

G6、完成所有地下单元的检索判别后，结束地下单元～暗管单元的水力连接关系判别；

所述地表单元～地下单元的水力连接关系的建立方法为：将ID相同的地表单元和地下单元建立水力连接关系；

所述地表单元～地表单元的连接关系的建立方法为：检索出没有与任何沟道单元建立水力连接关系的地表单元，判断其地表高程是否比其相邻的地表单元的地表高程高，若是，则建立该无任何沟道单元水力连接关系的地表单元到相邻的地表单元的水力连接关系，若否，则建立相邻的地表单元的水力连接关系与该无任何沟道单元水力连接关系的地表单元的水力连接关系；

所述地下单元～地下单元的水力连接关系的建立方法为：逐一对地下单元进行检索，找出与其具有两个及以上相同角点ID的地下单元及其单元ID号，然后建立它们之间的水力连接关系，该连接关系即为地下单元～地下单元间水力连接关系；

所述点状单元～渠道单元的水力连接关系的建立方法为：识别处于渠道单元上的点状单元，并标记其所在的上下游渠道编号，根据建立的渠道单元～渠道单元的水力连接关系，将该点状单元插入上游渠道单元～下游渠道单元水力连接关系之间，形成上游渠道单元～点状单元～下游渠道单元的水力连接关系；

所述点状单元～沟道单元的水力连接关系的建立方法为：识别处于沟道单元上的点状单元，并标记其所在的上下游沟道编号，根据建立的沟道单元～沟道单元的水力连接关系，将该点状单元插入上游沟道单元～下游沟道单元水力连接关系之间，形成上游沟道单元～点状单元～下游沟道单元的水力连接关系；

所述渠道单元～点状单元～沟道单元的水力连接关系的建立方法为：识别同时连接了渠道单元和沟道单元的点状单元，标记其连接的渠道单元和沟道单元，并根据建立的该渠道单元～沟道单元的水力连接关系，将该点状单元插入渠道单元～沟道单元水力连接关系之间，形成上游渠道单元～点状单元～沟道单元的水力连接关系。

本发明的有益效果为：利用不需要高成本设备便可获取的灌区地理空间信息数据，通过地理信息系统软件，绘制灌区土地利用、沟、渠、涵、闸和泵的矢量数据图层，然后将复杂的自然～人工二元水循环介质分割成一个个模拟单元，并根据各模拟单元的空间拓扑接触关系和灌溉排水流动原理，得到模拟单元之间的水力连接关系，最终准确地刻画出灌区总体的水流方向。

附图说明

图1为一种灌区水流方向的识别方法流程示意图；

图2为根据平面网格划分渠道示意图；

图3为初划分的渠道单元示意图；

图4为渠道分水口划分渠道单元示意图；

图5为渠道分水口不在平面网格的角点处划分渠道单元示意图；

图6为渠道分水后又再次向另一个方向分水划分渠道单元示意图；

图7为渠道单元～渠道单元的水力连接关系示意图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，一种灌区水流方向的识别方法，包括以下步骤：

S1、根据灌区地理空间信息，通过地理信息系统软件进行空间建模，得到基本地理空间矢量数据图层；

步骤S1中的基本地理空间矢量数据图层类型包括：面状图层、线状图层和点状图层；

所述面状图层为平面网格图层，由灌区的土地利用分区和灌排分区叠加形成，该图层包含的必要属性信息包括各个平面网格的地表平均高程、各个平面网格内的灌溉面积占该网格总面积的比例；

所述线状图层包括：渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层；其中渠道分布图层包含的必要属性信息包括渠道的输/配水类别、渠道级别；沟道分布图层包含的必要属性信息包括沟道级别；暗管分布图层包含的必要属性信息包括吸水/集水类别和暗管级别；

所述点状图层包括：圆涵分布图层、方涵分布图层、闸门分布图层和泵站分布图层。

所述基本地理空间矢量数据图层数据的具体内容如表1所示：

表1基本空间矢量图层数据内容一览表

其中，Shp为Shapefile格式。

S2、对基本地理空间矢量数据图层进行网格划分，并生成模拟单元；

步骤S2中的模拟单元包括：面状单元、线状单元和点状单元；

所述面状单元包括：地表单元和地下单元；

所述线状单元包括：渠道单元、沟道单元和暗管单元；

所述点状单元包括：圆涵单元、方涵单元、闸门单元和泵站单元。

步骤S2包括以下步骤：

S21、对面状图层中的各多边形网格ID进行编号，使面状图层划分成N个可寻址的面状网格Cell_i；再提取面状网格Cell_i的角点平面坐标，对筛除重复点后的所有角点进行编号，并按某一固定方向记录面状网格Cell_i的角点编号和角点坐标数组，其中i为面状网格Cell_i的ID号，其值为整数，在闭区间[1,N]内；

S22、将每个面状网格Cell_i直接认定生成为地表单元和地下单元，并继承相应的字段属性；

S23、根据面状图层的平面网格边界对渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层中的各条渠道、沟道、暗管进行分段，得到初划分的渠道单元、初划分的沟道单元和初划分的暗管单元；

步骤S23具体为：根据面状图层中的平面网格边界对渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层中的各条渠道、沟道和暗管进行分段，如图2所示，一个平面网格对应一个渠段(渠道4071001～4071006是根据平面网格单元820～825得到的)；将分段后出现的微小线段合并至相邻较短线段，若某条渠道、沟道或者暗管在一个平面网格内出现了转折，则忽略该转折点，处理成一个连续的渠段、沟道段或暗管段，并将各分段点命为打断点，从而得到初划分的渠道单元、初划分的沟道单元和初划分的暗管单元；如图3所示，忽略平面网格单元内的渠道转折(渠道单元4041504在网格单元685内部原为折线A走向，处理后忽略转折点，形成线条B走向)。

S24、根据灌区渠道、沟道和暗管的地理特征以及点状图层中的水工建筑物位置，对初划分的渠道单元、初划分的沟道单元和初划分的暗管单元进行细化分，得到渠道单元、沟道单元和暗管单元；

步骤S24中渠道的细化方法为：

A1、判断各个渠道分水口是否位于渠道打断点，若是，则不做处理，若否，则跳转至步骤A2；

A2、判断渠道分水口是否在平面网格的角点处，若否，则就近将分水口移至平面网格的角点处；若是，则不做处理；

A3、若渠道分水后又再次向另一个方向分水，则将第2次分水口移至第1次分水口处；

A4、若某渠道含有与渠道打断点不重合的分水口，则将该渠道在分水口处断开，分为两个渠段；

A5、将上方含有水工建筑物的渠道，在建筑物所在处打断，划分为前后两个渠段；

A6、将得到的渠段作为新的渠道单元；

如图4所示，在渠道分水口位置打断(渠道20501004遇到渠道20502001和20503001对其分水，则将渠道20501004在分水处打断形成两个渠道单元)。

渠道分水口不在是在平面网格的角点处的情况，就近将分水口移至平面网格的角点处，以避免划分出短渠段，如图5所示，渠道分水口就近移动(箭头C到箭头D)，避免短渠段(分水口原本在线条76和20901008的交界处，但为了避免短渠道20901007的产生，将分水口移动至渠道20904001处，从而与平面网格单元335共边)。

渠道分水后又再次向另一个方向分水的情况，根据渠道分水口将原渠道打断，会出现短渠段，可将第2次分水口移至第1次分水口处，如图6所示，将分水口处的短渠段合并(1010渠道第一次向10501001渠道分水，第二次从10501001渠道向13渠道分水，则将在第二次分水的13渠道走向变为渠道10502001走向)。

所述步骤S24中沟道的细化方法为：

B1、判断各个沟道汇水点是否位于沟道打断点，若是，则不做处理，若否，则跳转至步骤B2；

B2、判断沟道汇水点是否在平面网格的角点处，若否，则就近将汇水点移至平面网格的角点处，若是，则不做处理；

B3、若沟道汇水后又再次汇水，则将第2次汇水口移至第1次汇水口处；

B4、若某沟道含有与沟道打断点不重合的汇水口，则将该沟道在汇水口处断开，分为两个沟段；

B5、将上方含有水工建筑物的沟道，在建筑物所在处打断，划分为前后两个沟段；

B6、将得到的沟段作为新的沟道单元；

所述步骤S24中暗管的细化方法为：

C1、判断各个暗管汇水点是否位于暗管打断点，若是，则不做处理，若否，则跳转至步骤C2；

C2、判断暗管汇水点是否在平面网格的角点处，若否，则就近将汇水点移至平面网格的角点处，若是，则不做处理；

C3、若暗管汇水后又再次汇水，则将第2次汇水口移至第1次汇水口处；

C4、若某暗管含有与暗管打断点不重合的汇水口，则将该暗管在汇水口处断开，分为两个暗管段；

C5、将上方含有水工建筑物的暗管，在建筑物所在处打断，划分为前后两个暗管段；

C6、将得到的暗管段作为新的暗管单元；

S25、对每个渠道单元、沟道单元和暗管单元进行编号，并结合其地理特征，继承渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层中的相应渠道、沟道、暗管的字段属性；

所述步骤S25中对每个渠道单元、沟道单元和暗管单元进行编号的方法为：对渠道单元、沟道单元和暗管单元分别按级别顺序从上游到下游连续递增编号，将每条引导渠的编号定义一个负ID，该负ID的值为与该引导渠相连上级渠段的ID的相反数；将每条引导沟的编号定义一个负ID，该负ID的值为与该引导沟相连下级沟段的ID的相反数；将每条引导暗管的编号定义一个负ID，该负ID的值为与该引导暗管相连下级暗管段的ID的相反数。

S26、将圆涵分布图层、方涵分布图层、闸门分布图层和泵站分布图层中的圆涵、方涵、闸门和泵站直接认定为相应的圆涵单元、方涵单元、闸门单元和泵站单元，并继承其字段属性。

分别为圆涵(Pipe)、方涵(Culvert)、闸门(Gate)、泵站(Pump)进行编号，ID均从1开始，并附带可选属性值。如果没有给定相应点状建筑物的shapefile图层，说明没有该类水工建筑物。

S3、遍历并检索模拟单元之间的连接关系，根据空间拓扑特征和灌溉排水流动原理，得到模拟单元间的水力连接关系，所有模拟单元间的水力连接关系合并生成灌区总体的水流方向。

步骤S3中模拟单元间的水力连接关系包括：

渠道单元～渠道单元：分配水；

沟道单元～沟道单元：排水；

暗管单元～暗管单元：排水；

暗管单元～沟道单元：排水；

渠道单元～沟道单元：退水；

渠道单元～田块单元：灌溉；

渠道单元～地下单元：渗漏补给；

地表单元～沟道单元：地表排水；

地下单元～沟道单元：地下排水；

地下单元～暗管单元：地下排水；

地表单元～地下单元：入渗补给；

地表单元～地表单元：地表径流；

地下单元～地下单元：地下水平交换；

点状单元～渠道单元：提水灌溉或分水；

点状单元～沟道单元：控制排水或强排；

渠道单元～点状单元～沟道单元：控制退水。

根据渠道单元之间的端点接触关系推求，得到渠道单元～渠道单元的水力连接关系；包括如下几种情况：A：中间渠道单元分别与一个上游渠道单元和一个下游渠道单元连接；B：一个渠道单元分别与多个下游渠道单元连接；C：一个渠道单元分别与多个上游渠道单元连接；D：将引导渠道单元连接至某个渠道单元上时，判断连接点是否在该渠道单元的两端之间，若是，则不做处理，若否，则连接至上游渠道单元；如图7所示，其中，“ID：1”为ID等于1的渠道单元，“From:…To：2”表示ID等于1的渠段的水流来自某个上游渠段，并流向ID等于2的下游渠段；“From:1To：3”表示ID等于2的渠段的水流来自于ID等于1的上游渠段，并流向ID等于3的下游渠段，依次类推。

根据沟段之间的端点接触关系推求，得到沟道单元～沟道单元的水力连接关系，包括如下几种情况：A：中间沟道单元分别与一个上游沟道单元和一个下游沟道单元连接；B：一个沟道单元分别与多个下游沟道单元连接；C：一个沟道单元分别与多个上游沟道单元连接；D：将引导沟道单元连接至某个沟道单元上时，判断连接点是否在该沟道单元的两端之间，若是，则不做处理，若否，则连接至下游沟道单元；

根据暗管单元之间的端点接触关系推求，得到暗管单元～暗管单元的水力连接关系，包括如下几种情况：A：中间暗管单元分别与一个上游暗管单元和一个下游暗管单元连接；B：一个暗管单元分别与多个下游暗管单元连接；C：一个暗管单元分别与多个上游暗管单元连接；D：将引导暗管单元连接至某个暗管单元上时，判断连接点是否在该暗管单元的两端之间，若是，则不做处理，若否，则连接至下游暗管单元；

根据暗管单元与沟道单元之间的端点接触关系推求，得到暗管单元～沟道单元的水力连接关系；

根据渠道单元与沟道单元之间的端点接触关系推求，得到渠道单元～沟道单元的水力连接关系。

渠道单元～田块单元的水力连接关系的建立方法为：

D1、逐一检索各个地表单元，识别出灌溉面积比大于0的地表单元作为田块单元；

D2、判断田块单元上是否存在引导渠单元与其相交，若是，则建立该引导渠的负ID对应的正ID的渠段单元与该田块单元的水力连接关系，并跳转至步骤D6，若否，则跳转至步骤D3；

D3、判断田块单元是否存在配水类渠道单元与其相交，若是，则计算与该田块单元相交的配水渠道单元的数量，并跳转至D4，若否，则将该田块单元标记为“未连接”状态，并跳转至步骤D6；

D4、判断渠道单元数是否大于1，若是，跳转步骤D5，若否，则建立该渠道单元与田块单元的水力连接关系，并跳转至步骤D6；

D5、判断并列等级最低的渠道单元的数量是否大于等于2，若是，则标记出从田块单元中间穿过的等级最低的渠道单元，并建立该渠道单元和田块单元的水力连接关系，再跳转至步骤D6；若否，则建立等级最低的渠道单元和该田块单元的水力连接关系，并跳转至步骤D6；

D6、进入下一个田块单元的判别，并重复D2～D5的步骤，直至完成所有田块单元与渠道单元的水力连接关系的第一轮判别；

D7、逐一检索“未连接”状态的田块单元，判断其相邻的田块单元上是否属于已经建立了渠道单元～田块单元水力连接关系的田块单元，若是，则跳转至步骤D8，若否，则保持当前“未连接”状态，并进入步骤D10；

D8、判断“未连接”状态的田块单元是否只有一个相邻的田块单元建立了渠道单元～田块单元的连接关系，若是，则将相邻的田块单元上的渠道与该“未连接”状态的田块单元建立水力连接关系，并跳转至步骤D10；若否，则跳转至步骤D9；

D9、逐次统计每个已建立渠道单元～田块单元连接关系的相邻田块所连接的渠道单元的田块单元连接数量，并选择已连接田块单元数量最少的那个渠道单元与本“未连接”田块单元之间建立水力连接关系；

D10、统计“未连接”状态的田块单元的数量，判断“未连接”状态的田块单元的数量是否大于0，若是，则提醒用户手动添加每个“未连接”状态田块单元与渠道单元的水力连接关系，并结束渠道单元～田块单元的水力连接关系的建立，若否，则结束渠道单元～田块单元的水力连接关系的建立；

所述渠道单元～地下单元的水力连接关系的建立方法为：

E1、逐一检索各个渠道单元，判断是否存在与该渠道单元相交的地下单元，若是，则跳转至E2，若否，则保持当前状态；

E2、判断其相交长度是否小于该渠道单元总长度的10％时，若是，则保持当前状态，若否，则跳转至E3；

E3、建立该渠道单元与所有相交的地下单元的水力连接关系；

所述地表单元～沟道单元的水力连接关系的建立方法为：

F1、逐一检索地表单元，判断地表单元是否与引导沟单元相交，若是，则建立引导沟单元负ID对应的正ID沟道单元与该地表单元的水力连接关系，并进入下一个地表单元的判别；若否，则跳转至步骤F2；

F2、判断地表单元是否与沟道单元相交，若是，则跳转至步骤F3，若否，则保持当前状态，并进入下一个地表单元的判别；

F3、判断与该地表单元相交的沟道单元的数量是否等于1，若是，则建立该沟道单元与地表单元的水力连接关系，并进入下一个地表单元的判别，若否，则跳转至步骤F4；

F4、判断级别最低的沟段单元数是否等于1，若是，则建立级别最低的沟道单元与地表单元的水力连接关系，并进入下一个地表单元的判别，若否，则跳转至步骤F5；

F5、判断是否存在从地表单元中间穿过的级别最低的沟道单元，若是，则标记出其中任意一个从地表单元中间穿过的级别最低的沟道单元，并建立该沟道单元与地表单元的水力连接关系，然后进入下一个地表单元的判别，若否，则标记出其中任意一个不从地表单元中间穿过的级别最低的沟道单元，并建立该沟道单元与地表单元的水力连接关系，并进入下一个地表单元的判别，

F6、完成所有地表单元的检索判别后，结束地表单元～沟道单元的水力连接关系判别；

所述地下单元～沟道单元的水力连接关系的建立方法与地表单元～沟道单元的水力连接关系的建立方法相同；

所述地下单元～暗管单元的水力连接关系的建立方法为：

G1、逐一检索地下单元，判断地下单元是否与引导暗管单元相交，若是，则建立引导暗管单元负ID对应的正ID暗管单元与该地下单元的水力连接关系，并进入下一个地下单元的判别；若否，则跳转至步骤G2；

G2、判断地下单元是否与暗管单元相交，若是，则跳转至步骤G3，若否，则保持当前状态，并进入下一个地下单元的判别；

G3、判断与该地下单元相交的暗管单元的数量是否等于1，若是，则建立该暗管单元与地下单元的水力连接关系，并进入下一个地下单元的判别，若否，则跳转至步骤G4；

G4、判断级别最低的暗管单元的数量是否等于1，若是，则建立级别最低的暗管单元与地下单元的水力连接关系，并进入下一个地下单元的判别，若否，则跳转至步骤G5；

G5、判断是否存在从地下单元中间穿过的级别最低的暗管单元，若是，则标记出其中任意一个从地下单元中间穿过的级别最低的暗管单元，并建立该暗管单元与地下单元的水力连接关系，然后进入下一个地下单元的判别，若否，则标记出其中任意一个不从地下单元中间穿过的级别最低的暗管单元，并建立该暗管单元与地下单元的水力连接关系，并进入下一个地下单元的判别，

G6、完成所有地下单元的检索判别后，结束地下单元～暗管单元的水力连接关系判别；

所述地表单元～地下单元的水力连接关系的建立方法为：将ID相同的地表单元和地下单元建立水力连接关系；

所述地表单元～地表单元的连接关系的建立方法为：检索出没有与任何沟道单元建立水力连接关系的地表单元，判断其地表高程是否比其相邻的地表单元的地表高程高，若是，则建立该无任何沟道单元水力连接关系的地表单元到相邻的地表单元的水力连接关系，若否，则建立相邻的地表单元的水力连接关系与该无任何沟道单元水力连接关系的地表单元的水力连接关系；

所述地下单元～地下单元的水力连接关系的建立方法为：逐一对地下单元进行检索，找出与其具有两个及以上相同角点ID的地下单元及其单元ID号，然后建立它们之间的水力连接关系，该连接关系即为地下单元～地下单元间水力连接关系；

所述点状单元～渠道单元的水力连接关系的建立方法为：识别处于渠道单元上的点状单元，并标记其所在的上下游渠道编号，根据建立的渠道单元～渠道单元的水力连接关系，将该点状单元插入上游渠道单元～下游渠道单元水力连接关系之间，形成上游渠道单元～点状单元～下游渠道单元的水力连接关系；

所述点状单元～沟道单元的水力连接关系的建立方法为：识别处于沟道单元上的点状单元，并标记其所在的上下游沟道编号，根据建立的沟道单元～沟道单元的水力连接关系，将该点状单元插入上游沟道单元～下游沟道单元水力连接关系之间，形成上游沟道单元～点状单元～下游沟道单元的水力连接关系；

所述渠道单元～点状单元～沟道单元的水力连接关系的建立方法为：识别同时连接了渠道单元和沟道单元的点状单元，标记其连接的渠道单元和沟道单元，并根据建立的该渠道单元～沟道单元的水力连接关系，将该点状单元插入渠道单元～沟道单元水力连接关系之间，形成上游渠道单元～点状单元～沟道单元的水力连接关系。

本发明的有益效果为：利用不需要高成本设备便可获取的灌区地理空间信息数据，通过地理信息系统软件，绘制灌区土地利用、沟、渠、涵、闸和泵的矢量数据图层，然后将复杂的自然～人工二元水循环介质分割成一个个模拟单元，并根据各模拟单元的空间拓扑接触关系和灌溉排水流动原理，得到模拟单元之间的水力连接关系，最终准确地刻画出灌区总体的水流方向。

Claims (2)

1.一种灌区水流方向的识别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据灌区地理空间信息，通过地理信息系统软件进行空间建模，得到基本地理空间矢量数据图层；

S2、对基本地理空间矢量数据图层进行网格划分，并生成模拟单元；

S3、遍历并检索模拟单元之间的连接关系，根据空间拓扑特征和灌溉排水流动原理，得到模拟单元间的水力连接关系，所有模拟单元间的水力连接关系合并生成灌区总体的水流方向；

步骤S3中模拟单元间的水力连接关系包括：

渠道单元~渠道单元：分配水；

沟道单元~沟道单元：排水；

暗管单元~暗管单元：排水；

暗管单元~沟道单元：排水；

渠道单元~沟道单元：退水；

渠道单元~田块单元：灌溉；

渠道单元~地下单元：渗漏补给；

地表单元~沟道单元：地表排水；

地下单元~沟道单元：地下排水；

地下单元~暗管单元：地下排水；

地表单元~地下单元：入渗补给；

地表单元~地表单元：地表径流；

地下单元~地下单元：地下水平交换；

点状单元~渠道单元：提水灌溉或分水；

点状单元~沟道单元：控制排水或强排；

渠道单元~点状单元~沟道单元：控制退水；

根据渠道单元之间的端点接触关系推求，得到渠道单元~渠道单元的水力连接关系；包括如下几种情况：A：中间渠道单元分别与一个上游渠道单元和一个下游渠道单元连接；B：一个渠道单元分别与多个下游渠道单元连接；C：一个渠道单元分别与多个上游渠道单元连接；D：将引导渠道单元连接至某个渠道单元上时，判断连接点是否在该渠道单元的两端之间，若是，则不做处理，若否，则连接至上游渠道单元；

根据沟道单元之间的端点接触关系推求，得到沟道单元~沟道单元的水力连接关系，包括如下几种情况：A：中间沟道单元分别与一个上游沟道单元和一个下游沟道单元连接；B：一个沟道单元分别与多个下游沟道单元连接；C：一个沟道单元分别与多个上游沟道单元连接；D：将引导沟道单元连接至某个沟道单元上时，判断连接点是否在该沟道单元的两端之间，若是，则不做处理，若否，则连接至下游沟道单元；

根据暗管单元之间的端点接触关系推求，得到暗管单元~暗管单元的水力连接关系，包括如下几种情况：A：中间暗管单元分别与一个上游暗管单元和一个下游暗管单元连接；B：一个暗管单元分别与多个下游暗管单元连接；C：一个暗管单元分别与多个上游暗管单元连接；D：将引导暗管单元连接至某个暗管单元上时，判断连接点是否在该暗管单元的两端之间，若是，则不做处理，若否，则连接至下游暗管单元；

根据暗管单元与沟道单元之间的端点接触关系推求，得到暗管单元~沟道单元的水力连接关系；

根据渠道单元与沟道单元之间的端点接触关系推求，得到渠道单元~沟道单元的水力连接关系；

所述渠道单元~田块单元的水力连接关系的建立方法为：

D1、逐一检索各个地表单元，识别出灌溉面积比大于0的地表单元作为田块单元；

D2、判断田块单元上是否存在引导渠单元与其相交，若是，则建立该引导渠的负ID对应的正ID的渠道单元与该田块单元的水力连接关系，并跳转至步骤D6，若否，则跳转至步骤D3；

D3、判断田块单元是否存在配水类渠道单元与其相交，若是，则计算与该田块单元相交的配水渠道单元的数量，并跳转至D4，若否，则将该田块单元标记为“未连接”状态，并跳转至步骤D6；

D4、判断渠道单元数是否大于1，若是，跳转步骤D5，若否，则建立该渠道单元与田块单元的水力连接关系，并跳转至步骤D6；

D5、判断并列等级最低的渠道单元的数量是否大于等于2，若是，则标记出从田块单元中间穿过的等级最低的渠道单元，并建立该渠道单元和田块单元的水力连接关系，再跳转至步骤D6；若否，则建立等级最低的渠道单元和该田块单元的水力连接关系，并跳转至步骤D6；

D6、进入下一个田块单元的判别，并重复D2~D5的步骤，直至完成所有田块单元与渠道单元的水力连接关系的第一轮判别；

D7、逐一检索“未连接”状态的田块单元，判断其相邻的田块单元上是否属于已经建立了渠道单元~田块单元水力连接关系的田块单元，若是，则跳转至步骤D8，若否，则保持当前“未连接”状态，并进入步骤D10；

D8、判断“未连接”状态的田块单元是否只有一个相邻的田块单元建立了渠道单元~田块单元的连接关系，若是，则将相邻的田块单元上的渠道与该“未连接”状态的田块单元建立水力连接关系，并跳转至步骤D10；若否，则跳转至步骤D9；

D9、对于“未连接”状态的田块单元周围存在多个已建立渠道单元~田块单元连接关系的相邻田块单元，比较每个相邻田块单元建立的渠道单元~田块单元的连接关系的数量，并选择已连接田块单元数量最少的那个渠道单元与本“未连接”田块单元之间建立水力连接关系；

D10、统计“未连接”状态的田块单元的数量，判断“未连接”状态的田块单元的数量是否大于0，若是，则提醒用户手动添加每个“未连接”状态渠道单元~田块单元的水力连接关系，并结束渠道单元~田块单元的水力连接关系的建立，若否，则结束渠道单元~田块单元的水力连接关系的建立；

所述渠道单元~地下单元的水力连接关系的建立方法为：

E1、逐一检索各个渠道单元，判断是否存在与该渠道单元相交的地下单元，若是，则跳转至E2，若否，则保持当前状态；

E2、判断其相交长度是否小于该渠道单元总长度的10%时，若是，则保持当前状态，若否，则跳转至E3；

E3、建立该渠道单元与所有相交的地下单元的水力连接关系；

所述地表单元~沟道单元的水力连接关系的建立方法为：

F1、逐一检索地表单元，判断地表单元是否与引导沟单元相交，若是，则建立引导沟单元负ID对应的正ID沟道单元与该地表单元的水力连接关系，并进入下一个地表单元的判别；若否，则跳转至步骤F2；

F2、判断地表单元是否与沟道单元相交，若是，则跳转至步骤F3，若否，则保持当前状态，并进入下一个地表单元的判别；

F3、判断与该地表单元相交的沟道单元的数量是否等于1，若是，则建立该沟道单元与地表单元的水力连接关系，并进入下一个地表单元的判别，若否，则跳转至步骤F4；

F4、判断级别最低的沟道单元数是否等于1，若是，则建立级别最低的沟道单元与地表单元的水力连接关系，并进入下一个地表单元的判别，若否，则跳转至步骤F5；

F5、判断是否存在从地表单元中间穿过的级别最低的沟道单元，若是，则标记出其中任意一个从地表单元中间穿过的级别最低的沟道单元，并建立该沟道单元与地表单元的水力连接关系，然后进入下一个地表单元的判别，若否，则标记出其中任意一个不从地表单元中间穿过的级别最低的沟道单元，并建立该沟道单元与地表单元的水力连接关系，并进入下一个地表单元的判别，

F6、完成所有地表单元的检索判别后，结束地表单元~沟道单元的水力连接关系判别；

所述地下单元~沟道单元的水力连接关系的建立方法与地表单元~沟道单元的水力连接关系的建立方法相同；

所述地下单元~暗管单元的水力连接关系的建立方法为：

G1、逐一检索地下单元，判断地下单元是否与引导暗管单元相交，若是，则建立引导暗管单元负ID对应的正ID暗管单元与该地下单元的水力连接关系，并进入下一个地下单元的判别；若否，则跳转至步骤G2；

G2、判断地下单元是否与暗管单元相交，若是，则跳转至步骤G3，若否，则保持当前状态，并进入下一个地下单元的判别；

G3、判断与该地下单元相交的暗管单元的数量是否等于1，若是，则建立该暗管单元与地下单元的水力连接关系，并进入下一个地下单元的判别，若否，则跳转至步骤G4；

G4、判断级别最低的暗管单元的数量是否等于1，若是，则建立级别最低的暗管单元与地下单元的水力连接关系，并进入下一个地下单元的判别，若否，则跳转至步骤G5；

G5、判断是否存在从地下单元中间穿过的级别最低的暗管单元，若是，则标记出其中任意一个从地下单元中间穿过的级别最低的暗管单元，并建立该暗管单元与地下单元的水力连接关系，然后进入下一个地下单元的判别，若否，则标记出其中任意一个不从地下单元中间穿过的级别最低的暗管单元，并建立该暗管单元与地下单元的水力连接关系，并进入下一个地下单元的判别，

G6、完成所有地下单元的检索判别后，结束地下单元~暗管单元的水力连接关系判别；

所述地表单元~地下单元的水力连接关系的建立方法为：将ID相同的地表单元和地下单元建立水力连接关系；

所述地表单元~地表单元的连接关系的建立方法为：检索出没有与任何沟道单元建立水力连接关系的地表单元，判断其地表高程是否比其相邻的地表单元的地表高程高，若是，则建立没有与任何沟道单元建立水力连接关系的地表单元到相邻的地表单元的水力连接关系，若否，则建立相邻的地表单元与没有与任何沟道单元建立水力连接关系的地表单元的水力连接关系；

所述地下单元~地下单元的水力连接关系的建立方法为：逐一对地下单元进行检索，找出与其具有两个及以上相同角点ID的地下单元及其单元ID号，然后建立它们之间的水力连接关系，该连接关系即为地下单元~地下单元间水力连接关系；

所述点状单元~渠道单元的水力连接关系的建立方法为：识别处于渠道单元上的点状单元，并标记其所在的上下游渠道编号，根据建立的渠道单元~渠道单元的水力连接关系，将该点状单元插入上游渠道单元~下游渠道单元水力连接关系之间，形成上游渠道单元~点状单元~下游渠道单元的水力连接关系；

所述点状单元~沟道单元的水力连接关系的建立方法为：识别处于沟道单元上的点状单元，并标记其所在的上下游沟道编号，根据建立的沟道单元~沟道单元的水力连接关系，将该点状单元插入上游沟道单元~下游沟道单元水力连接关系之间，形成上游沟道单元~点状单元~下游沟道单元的水力连接关系；

所述渠道单元~点状单元~沟道单元的水力连接关系的建立方法为：识别同时连接了渠道单元和沟道单元的点状单元，标记其连接的渠道单元和沟道单元，并根据建立的该渠道单元~沟道单元的水力连接关系，将该点状单元插入渠道单元~沟道单元水力连接关系之间，形成上游渠道单元~点状单元~沟道单元的水力连接关系；

步骤S2包括以下步骤：

S21、对面状图层中的各多边形网格ID进行编号，使面状图层划分成N个可寻址的面状网格Cell _i ；再提取面状网格Cell _i 的角点平面坐标，对筛除重复点后的所有角点进行编号，并按某一固定方向记录面状网格Cell _i 的角点编号和角点坐标数组，其中i为面状网格Cell _i 的ID号，其值为整数，在闭区间[1,N]内；

S22、将每个面状网格Cell _i 直接认定生成为地表单元和地下单元，并继承相应的字段属性；

S23、根据面状图层的平面网格边界对渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层中的各条渠道、沟道、暗管进行分段，得到初划分的渠道单元、初划分的沟道单元和初划分的暗管单元；

S24、根据灌区渠道、沟道和暗管的地理特征以及点状图层中的水工建筑物位置，对初划分的渠道单元、初划分的沟道单元和初划分的暗管单元进行细化分，得到渠道单元、沟道单元和暗管单元；

S25、对每个渠道单元、沟道单元和暗管单元进行编号，并结合其地理特征，继承渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层中的相应渠道、沟道、暗管的字段属性；

S26、将圆涵分布图层、方涵分布图层、闸门分布图层和泵站分布图层中的圆涵、方涵、闸门和泵站直接认定为相应的圆涵单元、方涵单元、闸门单元和泵站单元，并继承其字段属性；

步骤S23具体为：根据面状图层中的平面网格边界对渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层中的各条渠道、沟道和暗管进行分段，将分段后出现的微小线段合并至相邻较短线段，若某条渠道、沟道或者暗管在一个平面网格内出现了转折，则忽略该转折点，处理成一个连续的渠段、沟道段或暗管段，并将各分段点命为打断点，从而得到初划分的渠道单元、初划分的沟道单元和初划分的暗管单元；

步骤S24中渠道的细化方法为：

A1、判断各个渠道分水口是否位于渠道打断点，若是，则不做处理，若否，则跳转至步骤A2；

A2、判断渠道分水口是否在平面网格的角点处，若否，则就近将分水口移至平面网格的角点处；若是，则不做处理；

A3、若渠道分水后又再次向另一个方向分水，则将第2次分水口移至第1次分水口处；

A4、若某渠道含有与渠道打断点不重合的分水口，则将该渠道在分水口处断开，分为两个渠段；

A5、将上方含有水工建筑物的渠道，在建筑物所在处打断，划分为前后两个渠段；

A6、将得到的渠段作为新的渠道单元；

所述步骤S24中沟道的细化方法为：

B1、判断各个沟道汇水点是否位于沟道打断点，若是，则不做处理，若否，则跳转至步骤B2；

B2、判断沟道汇水点是否在平面网格的角点处，若否，则就近将汇水点移至平面网格的角点处，若是，则不做处理；

B3、若沟道汇水后又再次汇水，则将第2次汇水口移至第1次汇水口处；

B4、若某沟道含有与沟道打断点不重合的汇水口，则将该沟道在汇水口处断开，分为两个沟段；

B5、将上方含有水工建筑物的沟道，在建筑物所在处打断，划分为前后两个沟段；

B6、将得到的沟段作为新的沟道单元；

所述步骤S24中暗管的细化方法为：

C1、判断各个暗管汇水点是否位于暗管打断点，若是，则不做处理，若否，则跳转至步骤C2；

C2、判断暗管汇水点是否在平面网格的角点处，若否，则就近将汇水点移至平面网格的角点处，若是，则不做处理；

C3、若暗管汇水后又再次汇水，则将第2次汇水口移至第1次汇水口处；

C4、若某暗管含有与暗管打断点不重合的汇水口，则将该暗管在汇水口处断开，分为两个暗管段；

C5、将上方含有水工建筑物的暗管，在建筑物所在处打断，划分为前后两个暗管段；

C6、将得到的暗管段作为新的暗管单元；

所述步骤S25中对每个渠道单元、沟道单元和暗管单元进行编号的方法为：对渠道单元、沟道单元和暗管单元分别按级别顺序从上游到下游连续递增编号，将每条引导渠的编号定义一个负ID，该负ID的值为与该引导渠相连上级渠道单元的ID的相反数；将每条引导沟的编号定义一个负ID，该负ID的值为与该引导沟相连下级沟道单元的ID的相反数；将每条引导暗管的编号定义一个负ID，该负ID的值为与该引导暗管相连下级暗管单元的ID的相反数；

步骤S2中的模拟单元包括：面状单元、线状单元和点状单元；

所述面状单元包括：地表单元和地下单元；

所述线状单元包括：渠道单元、沟道单元和暗管单元；

所述点状单元包括：圆涵单元、方涵单元、闸门单元和泵站单元。

2.根据权利要求1所述的灌区水流方向的识别方法，其特征在于，所述步骤S1中的基本地理空间矢量数据图层类型包括：面状图层、线状图层和点状图层；

所述面状图层为平面网格图层，由灌区的土地利用分区和灌排分区叠加形成，该图层包含的必要属性信息包括各个平面网格的地表平均高程、各个平面网格内的灌溉面积占该网格总面积的比例；

所述线状图层包括：渠道分布图层、沟道分布图层和暗管分布图层；其中渠道分布图层包含的必要属性信息包括渠道的输/配水类别、渠道级别；沟道分布图层包含的必要属性信息包括沟道级别；暗管分布图层包含的必要属性信息包括吸水/集水类别和暗管级别；

所述点状图层包括：圆涵分布图层、方涵分布图层、闸门分布图层和泵站分布图层。

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