1.一种流域水环境生态安全预警方法,其特征在于,包括:S1、获取目标流域的河网拓扑数据,对河道节点进行层级编码,生成带层级标签的河道节点集合;
S2、基于层级标签与水文流向数据,确定层级衰减因子与流向约束因子;
S3、将层级衰减因子与流向约束因子作用于信息传递过程,建立层级加权的信息传递规则,其中高阶节点向低阶节点的信息传递权重随层级差递减;
S4、在污染扩散推演中,基于信息传递规则执行单向汇流约束检查与违规路径截断,并融合节点层级梯度场和流向矢量的张量耦合分析拓扑应力状态,输出污染扩散推演结果;
S5、当同一节点的拓扑应力状态连续超出动态稳定边界时,基于层级差特征解构流向过滤阈值;
S6、根据污染扩散推演结果中污染物浓度超标的河道节点,生成生态安全预警信息。
2.根据权利要求1所述的一种流域水环境生态安全预警方法,其特征在于,获取目标流域的河网拓扑数据,对河道节点进行层级编码,生成带层级标签的河道节点集合,包括:识别河网中所有河道交汇点作为节点,将无上游连接的自然源头标记为一级节点;
对于每个河道交汇点,统计河道交汇点的直接上游支流数量,当存在多个同级支流时取最大斯特拉勒序值作为对应河道交汇点的层级基准;
若河道交汇点接收的支流中存在比层级基准更高层级的支流,则将对应河道交汇点的层级在层级基准上递增一级;
重复处理河网拓扑结构中每个河道交汇点直至完成所有节点的层级标记,生成带层级标签的河道节点集合时同步剔除无下游连接的节点。
3.根据权利要求1所述的一种流域水环境生态安全预警方法,其特征在于,基于层级标签与水文流向数据,确定层级衰减因子与流向约束因子,包括:从带层级标签的河道节点集合中提取各节点的层级标签值,将层级标签值输入预设的线性衰减函数计算得到层级衰减因子;
根据水文流向数据中当前节点的流向方位角与预设主河道方向的夹角计算流向约束因子。
4.根据权利要求3所述的一种流域水环境生态安全预警方法,其特征在于,流向方位角通过水文流向数据的矢量方向字段获取,夹角为当前节点流向矢量与下游节点流向矢量的角度差绝对值。
5.根据权利要求1所述的一种流域水环境生态安全预警方法,其特征在于,将层级衰减因子与流向约束因子作用于信息传递过程,建立层级加权的信息传递规则,包括:基于连接关系表确定当前节点的下游节点;
将当前节点的层级衰减因子与流向约束因子相乘的结果作为当前节点向对应下游节点的信息传递权重;
其中层级衰减因子根据当前节点与下游节点的层级标签值之差递减,流向约束因子根据当前节点流向矢量与下游节点流向矢量的角度差绝对值反向调整;
当当前节点满足无下游连接节点条件时,将当前节点的信息传递权重置为0。
6.根据权利要求1所述的一种流域水环境生态安全预警方法,其特征在于,在污染扩散推演中,基于信息传递规则执行单向汇流约束检查与违规路径截断,包括:利用节点与其下游节点的信息传递权重识别信息传递权重等于零的下游连接路径作为违规路径,并将违规路径从当前污染扩散推演路径集合中移除。
7.根据权利要求1所述的一种流域水环境生态安全预警方法,其特征在于,融合节点层级梯度场和流向矢量执行张量耦合分析拓扑应力状态输出污染扩散推演结果,包括:根据节点层级标签值计算节点空间位置的层级梯度场矢量;
将层级梯度场矢量与校准后的节点流向矢量进行耦合计算生成拓扑应力张量;
基于拓扑应力张量的特征分析确定河网的拓扑应力状态;
将移除违规路径后的污染扩散推演路径集合与拓扑应力状态整合输出最终的污染扩散推演结果。
8.根据权利要求1所述的一种流域水环境生态安全预警方法,其特征在于,当同一节点的拓扑应力状态连续超出动态稳定边界时,基于层级差特征解构流向过滤阈值,包括:基于节点的拓扑应力强度值连续超过动态稳定边界阈值的次数,确定层级差分析深度;
根据层级差分析深度,提取以对应节点为中心的河网拓扑结构中相邻层级的节点层级标签值集合;
计算节点层级标签值集合中最大值与最小值的绝对差值作为层级跨度特征量;
将层级跨度特征量输入至预训练的阈值解构函数,阈值解构函数通过历史河网结构稳定性数据训练生成;
根据阈值解构函数的输出值相应调整流向过滤阈值,调整后的流向过滤阈值用于节点流向矢量校准过程。
9.根据权利要求1所述的一种流域水环境生态安全预警方法,其特征在于,根据污染扩散推演结果中污染物浓度超标的河道节点,生成生态安全预警信息,包括:识别污染扩散推演结果中污染物浓度超过预设安全阈值的河道节点作为目标节点;
提取目标节点的空间位置标识符及对应的污染物浓度超标量值;
关联目标节点在污染扩散推演结果中的时空扩散参数,时空扩散参数包括污染物浓度达到峰值的时间点及浓度扩散范围半径;
组合空间位置标识符、污染物浓度超标量值、污染物浓度达到峰值的时间点及浓度扩散范围半径,生成包含目标节点定位信息、污染严重程度及扩散趋势的生态安全预警信息。
10.一种流域水环境生态安全预警系统,用于实现权利要求1‑9任一项所述的一种流域水环境生态安全预警方法,其特征在于,包括:河网层级编码模块,用于获取目标流域的河网拓扑数据,对河道节点进行层级编码,生成带层级标签的河道节点集合;
水文因子计算模块,用于基于层级标签与水文流向数据,确定层级衰减因子与流向约束因子;
加权传递规则模块,用于将层级衰减因子与流向约束因子作用于信息传递过程,建立层级加权的信息传递规则,其中高阶节点向低阶节点的信息传递权重随层级差递减;
拓扑应力分析模块,用于在污染扩散推演中,基于信息传递规则执行单向汇流约束检查与违规路径截断,并融合节点层级梯度场和流向矢量的张量耦合分析拓扑应力状态,输出污染扩散推演结果;
流向阈值解构模块,用于当同一节点的拓扑应力状态连续超出动态稳定边界时,基于层级差特征解构流向过滤阈值;
预警信息生成模块,用于根据污染扩散推演结果中污染物浓度超标的河道节点,生成生态安全预警信息。