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当前,国内水环境污染十分严重,尤其是江河流域普遍遭到污染。水利部对全国700余条共约10万km长的河流开展的水资源质量评价结果表明:水质污染严重而不能用于灌溉(即劣于Ⅴ类)的河段约占10.6%;水体己丧失使用价值,受到污染(相当于Ⅳ,Ⅴ类)的河段约占46.5%;城市河流污染形势更为严重。监测数据显示,在14个大中型城市河段中,63.8%的河段污染较重,为Ⅳ类甚至Ⅴ类水质。在47个环保重点河段中,29.8%属于Ⅴ类水质。辽河流域、海河流域、淮河流域的城市地表水水质尤其差。全国7大水系国家环境公报数据表明,辽河、海河污染严重,淮河水质很差,黄河水质不容乐观,松花江水质较差。
因此,建立河流管理、监测体系就成为亟待解决的问题。而准确的河流管理及监测体系的建立依赖于河流环保信息化建设。河流编码标准化是河流环保信息化建设中重要的技术基础工作,是实现河流环保信息化的基本前提。所以研究适合我国河网的编码标准就具有十分重要的意义。
河流编码的方法主要有三种:①采用随机码的河流编码;②Pfafstetter数字编码;③基于二叉树的河流编码。其中随机码的河流编码方法不能精确的表达河流拓扑结构,而基于二叉树的河流编码则编码较长,且不利于上下游的识别。Pfafstetter编码则能很好的表达河流的拓扑结构,易识别河段上下游关系,在国外成熟的编码系统中得到了广泛应用。
本文在研究了Pfafstetter编码规则优缺点基础上,根据我国河网的实际复杂性,对Pfafstetter编码编码规则进行了扩展,使之适合我国河网的实际编码工作需要。具体扩展包括了首层两位编码,分叉河段的编码方法,以及湖泊、水库的编码方法。在完成编码方法扩展之后,还研究了编码方法扩展之后上下游识别的算法。
另外,基于扩展的编码方案,还对编码算法进行了相关的研究,具体包括河网数据的预处理,实测河网流量的确定,河网拓扑结构的表达,递归编码算法等。在流量计算方面,提出了基于实测河网与DEM相结合来进行流量计算的思想,较准确的得出了实测河网各个河段的流域面积。设计了三个层次的数据结构,来分别表示节点、水系、流域,准确的表达了河网的拓扑结构。在最终的编码中,设计了递归的河网编码算法,完成了对河网各个层次的编码。
最后根据扩展的编码方案和编码算法研究结果,设计并实现了自动编码系统,并将这套系统应用到长江流域、辽河流域等河网编码中。通过编码结果验证编码方案和编码算法的正确性及有效性。