一種城市匯水區(qū)劃分方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)為一種城市匯水區(qū)劃分方法，包括獲取精細化數(shù)字高程模型，對數(shù)字高程模型進行修正，對不同分辨率的數(shù)字高程模型進行匯水區(qū)劃分和確定最佳分辨率。本發(fā)明專利技術(shù)的優(yōu)點是：對數(shù)字高程模型進行精細化處理，充分考慮所有城市地形對匯水區(qū)劃分的影響；基于城市排水點對數(shù)字高程模型進行修正，將排水點對于匯水區(qū)劃分的影響轉(zhuǎn)換為高程值，提高匯水區(qū)劃分的準確性；通過確定最佳分辨率，充分考慮不同分辨率的DEM數(shù)據(jù)對于匯水區(qū)劃分的影響，提高匯水區(qū)劃分的合理性。

A method of dividing urban catchment area

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種城市匯水區(qū)劃分方法
本專利技術(shù)涉及城市水文領(lǐng)域，尤其涉及一種城市匯水區(qū)劃分方法。
技術(shù)介紹
匯水區(qū)劃分(catchmentdelineation)是分布式水文模型中匯水區(qū)數(shù)據(jù)輸入的基礎(chǔ)和前提。分布式水文模型中的每個子匯水區(qū)是獨立的水力學單元，在這些單元中，地形和排水系統(tǒng)因子使得地表徑流直接匯入到一個排出點(O’Callaghan等,1984)。匯水區(qū)劃分的尺度、準確性及流向真實性等會對模擬精度和效率產(chǎn)生重要影響(周思斯等,2014)。在研究城市暴雨積澇模型時，由于復雜的模型結(jié)構(gòu)，涉及到更多的模型參數(shù)以及更大的數(shù)據(jù)量，匯水區(qū)劃分的準確性會對模型結(jié)果產(chǎn)生更大的影響。同時，由于城市下墊面具有高度復雜、破碎、起伏微小卻突兀等特征，諸如道路隔斷、河道堤壩、地下空間、建筑結(jié)構(gòu)等城市微地形會顯著改變水流方向，對地表徑流以及積水擴散過程產(chǎn)生明顯影響，進而增加了匯水區(qū)劃分的難度。因此，在建模前如何科學合理的劃分子匯水區(qū)成為研究中一項十分重要工作。目前，子匯水區(qū)劃分方法大致歸納為以下類型：(1)人工勾畫法。傳統(tǒng)的匯水區(qū)劃分一般以遙感影像圖為背景，通過人工勾繪得到，但是對于大面積、多管線點的區(qū)域，這將是一項非常耗時且繁雜的工作，而且人工勾繪的隨機性較大，地形因素考慮不周到，所以會對模型結(jié)果造成較大的影響。(2)排水管網(wǎng)為主的匯水區(qū)劃分方法。該方法主要根據(jù)雨水井的空間位置采用泰森多邊形的方法進行匯水區(qū)劃分，使得每個雨水井在理論上處于匯水區(qū)的中心。該方法雖然考慮了排水管網(wǎng)的影響，但是未充分考慮地形對徑流的影響，難以準確模擬城市地表徑流的真實情況。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)主要解決了現(xiàn)有的匯水區(qū)劃分方法忽略了城市管網(wǎng)、道路、建筑物等復雜下墊面對于徑流方向的影響，缺乏將地形和城市排水管網(wǎng)結(jié)合考慮，提供了一種綜合考慮城市復雜下墊面及地形和排水網(wǎng)關(guān)的城市匯水區(qū)劃分方法。本專利技術(shù)解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是,一種城市匯水區(qū)劃分方法，包括以下步驟：S1：獲取精細化數(shù)字高程模型；S2：對數(shù)字高程模型進行修正；S3：對不同分辨率的數(shù)字高程模型進行匯水區(qū)劃分；S4：確定最佳分辨率。對城市不同的地形進行補償后獲取精細化數(shù)字高程模型，提高水流方向判斷的準確性，結(jié)合城市地下網(wǎng)管數(shù)據(jù)對精細化數(shù)字高程模型進行進一步修正，提高匯水區(qū)劃分的準確性。作為上述方案的一種優(yōu)選方案，所述步驟S1，包括以下步驟：S11：獲取城市的數(shù)字高程模型；S12：利用獲取的城市土地利用類型數(shù)據(jù)對研究區(qū)數(shù)字高程模型中對應的柵格單元進行補償。城市土地利用類型包括道路、建筑、綠地、水渠等，根據(jù)不同的城市土地利用類型對相應的柵格單元進行高程值增加或減少。作為上述方案的一種優(yōu)選方案，所述步驟S2，包括以下步驟：S21：確定研究區(qū)的排水點；S22：以每個排水點為中心建立緩沖區(qū)；S23：對高程減少計算公式對緩沖區(qū)的高程作降低處理，高程減少計算公式如下，式中h為減少的高程值，d為排水點雨水井的深度，單位為m；S截面為排水點的橫截面積，單位為m2；n為緩沖區(qū)分級數(shù)量；S范圍為排水點影響范圍的面積，單位為m2。將地下管網(wǎng)對于匯水區(qū)劃分的影響轉(zhuǎn)化為單元柵格的高程值，提高最終匯水區(qū)劃分的準確度。作為上述方案的一種優(yōu)選方案，所述步驟S3，包括以下步驟：S31：對精細化數(shù)字高程模型進行重采樣，得到不同分辨率的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)；S32：進行匯水區(qū)劃分。作為上述方案的一種優(yōu)選方案，所述步驟S32中匯水區(qū)劃分，包括以下步驟：S321：對數(shù)字高程模型進行填洼處理，獲得無洼地數(shù)字高程模型；S322：提取每個柵格單元的水流方向，獲取區(qū)域地形的水流方向數(shù)據(jù)；S323：根據(jù)區(qū)域地形的水流方向數(shù)據(jù)計算每一柵格流過的水量數(shù)值，得到該區(qū)域的匯流累積量；S324：確定劃分閾值，以匯流累積量大于劃分閾值為依據(jù)的提取出河網(wǎng)水系；S325：確定區(qū)域出水口，根據(jù)水流方向找到該出水口上游的柵格，確定匯水區(qū)。作為上述方案的一種優(yōu)選方案，步驟S322中水流方向通過以下步驟獲取：S01：計算一個柵格單元與該柵格單元相鄰柵格單元的距離權(quán)落差，距離權(quán)落差為兩個柵格單元中心點的高程差與距離的比值；S02：篩選出距離權(quán)落差最大的柵格為該柵格流出柵格；S03：確定水流方向為流出柵格對應該柵格的方向。作為上述方案的一種優(yōu)選方案，所述劃分閾值利用對應地區(qū)的現(xiàn)有地形圖確定。本專利技術(shù)的優(yōu)點是：對數(shù)字高程模型進行精細化處理，充分考慮所有城市地形對匯水區(qū)劃分的影響；基于城市排水點對數(shù)字高程模型進行修正，將排水點對于匯水區(qū)劃分的影響轉(zhuǎn)換為高程值，提高匯水區(qū)劃分的準確性；通過確定最佳分辨率，充分考慮不同分辨率的DEM數(shù)據(jù)對于匯水區(qū)劃分的影響，提高匯水區(qū)劃分的合理性。附圖說明圖1為本專利技術(shù)的一種流程示意圖。圖2為本專利技術(shù)中獲取精細化數(shù)字高程模型的一種流程示意圖。圖3為本專利技術(shù)中對數(shù)字高程模型進行修正的一種流程示意圖。圖4為本專利技術(shù)中對不同分辨率的數(shù)字高程模型進行匯水區(qū)劃分的一種流程示意圖。圖5為本專利技術(shù)中匯水區(qū)劃分的一種流程示意圖。圖6為本專利技術(shù)中水流方向獲取的一種流程示意圖。具體實施方式下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本專利技術(shù)的技術(shù)方案作進一步的說明。實施例1：本實施例一種城市匯水區(qū)劃分方法，如圖1所示，包括以下步驟：S1：獲取精細化數(shù)字高程模型，如圖2所示，包括以下步驟：S11：利用地形圖、高分辨率遙感影像、城市行政邊界數(shù)據(jù)、城市土地利用數(shù)據(jù)等獲取城市的數(shù)字高程模型；S12：利用獲取的城市土地利用類型數(shù)據(jù)對研究區(qū)數(shù)字高程模型中對應的柵格單元進行補償，得到精細化數(shù)字高程模型，城市土地利用類型包括道路、建筑物、綠地和水渠，道路的凸起容易阻止水系的生成，兩側(cè)低洼地勢會將降雨引入周邊河流或者排水口，因此，對道路圖層所占柵格處的高程值增加相應的值；密集分布的建筑物常常阻隔自然徑流，自然徑流常常沿建筑物邊界匯入河流。因此，對建筑物所占柵格高程值增加相應的值；綠地作使得降雨到達地表后部分水量耗損于植被截留，并且粗糙系數(shù)較大，對地表徑流有較大的阻礙作用，會影響地表徑流的方向。對綠地所占柵格高程值減少相應的值；水渠的地勢較低，對于地表徑流起到分流作用。因此，對溝渠圖層的高程值減去一個值；不同地形增加或減少的值具體由現(xiàn)場調(diào)查獲取。S2：對數(shù)字高程模型進行修正，如圖3所示，包括以下步驟：S21：以研究區(qū)的地下管網(wǎng)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)主干道路交叉點和建筑物的分布確定研究區(qū)的排水點；S22：以每一個排水點為中心建立三級緩沖區(qū)；S23：對高程減少計算公式對緩沖區(qū)的高程作降低處理，高程減少計算公式如下，式中h為減少的高程值，d為排水點雨水井的深度，單位為m；S截面為排水點的橫截面積，單位為m2；n為緩沖區(qū)分級數(shù)量；S范圍為排水點影響范圍的面積，單位為m2。S3：對不同分辨率的數(shù)字高程模型進行匯水區(qū)劃分，如圖4所示，包括以下步驟：S31：對精細化數(shù)字高程模型進行重采樣，得到分辨率為2m、4m、6m、8m的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)；S32：進行匯水區(qū)劃分，如圖5所示，包括以下步驟：S321：結(jié)合實際地形對數(shù)字高程模型在采集時因誤差產(chǎn)生的洼地進行填洼處理，獲得無洼地數(shù)字高程模型，；S322：提取每個柵格單元的水流方向，獲取區(qū)域地形的水流方向數(shù)據(jù)，如圖6所示，包括以下步驟：S01：在3×3的柵格區(qū)域上，計算中心柵格與各相鄰柵格間本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種城市匯水區(qū)劃分方法，其特征是：包括以下步驟：S1：獲取精細化數(shù)字高程模型；S2：對數(shù)字高程模型進行修正；S3：對不同分辨率的數(shù)字高程模型進行匯水區(qū)劃分；S4：確定最佳分辨率。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種城市匯水區(qū)劃分方法，其特征是：包括以下步驟：S1：獲取精細化數(shù)字高程模型；S2：對數(shù)字高程模型進行修正；S3：對不同分辨率的數(shù)字高程模型進行匯水區(qū)劃分；S4：確定最佳分辨率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市匯水區(qū)劃分方法，其特征是：所述步驟S1，包括以下步驟：S11：獲取城市的數(shù)字高程模型；S12：利用獲取的城市土地利用類型數(shù)據(jù)對研究區(qū)數(shù)字高程模型中對應的柵格單元進行補償。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市匯水區(qū)劃分方法，其特征是：所述步驟S2，包括以下步驟：S21：確定研究區(qū)的排水點；S22：以每個排水點為中心建立緩沖區(qū)；S23：對高程減少計算公式對緩沖區(qū)的高程作降低處理，高程減少計算公式如下，式中h為減少的高程值，d為排水點雨水井的深度，單位為m；S截面為排水點的橫截面積，單位為m2；n為緩沖區(qū)分級數(shù)量；S范圍為排水點影響范圍的面積，單位為m2。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種城市匯水區(qū)劃分方法，其特征是：所述步驟S3，包括以下步驟：S31：對精細化數(shù)字高程模型進行重采樣，得到不同分辨率的數(shù)字高...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：胡潭高，沈黎達，李瑤，張路，李東臣，
申請(專利權(quán))人：杭州師范大學，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江,33