基于任意断面构建洪水预报方案的方法技术

本发明专利技术公开一种基于任意断面构建洪水预报方案的方法，本方法在洪水预报过程中任意指定预报断面并构建预报方案，能够根据DEM自动提取河网，自动圈画产汇流区域，自动提取产汇流区域内的雨量站，根据泰森多边形自动计算雨量站权重，避免了现有技术中手动修改坐标、提取水系流域、提取流域雨量站的过程，可明显提高任意断面构建预报方案的效率，有效解决任意断面预报的时效性问题。

【技术实现步骤摘要】
基于任意断面构建洪水预报方案的方法
本专利技术涉及一种基于任意断面构建洪水预报方案的方法，属于洪水测量

技术介绍
洪水预报过程对预报的时效性、及时性具有较高的要求，而在传统预报中，指定任意预报断面构建预报方案，需要手动修改坐标、提取水系流域、提取流域雨量站，是一项耗时的工作，导致预报结果滞后，因此研究指定任意预报断面自动构建预报方案具有重要的意义。在洪水预报过程中，不仅关注已经确定位置的断面的预报结果，同时河道任意位置的预报结果也尤为重要，任意指定预报断面并快速构建预报方案，是进行任意断面预报的重要基础工作。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于任意断面构建洪水预报方案的方法，可以在洪水预报过程中任意指定预报断面并构建预报方案，可明显提高任意断面构建预报方案的效率，有效解决任意断面预报的时效性问题。为了解决所述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：一种基于任意断面构建洪水预报方案的方法，包括以下步骤：S01)、指定任意的预报断面作为流域出口，在地图上任意位置点击，根据点击位置的坐标和河流河道的坐标，判断其是否在河流上，如果在河流上，点击的位置即为预报断面的位置，如果不在河流上，则找到与点击位置最近的河流位置，把寻找到的河流位置作为预报断面；S02）、根据DEM自动提取河网，包括以下子步骤：S21）、DEM预处理；S22）、确定水流方向；S23）、提取汇流累积量；S24）、提取河网；S03）、自动圈画产汇流流域，根据提取的河网自动生成汇流流域，包括集水区的生成和流域的划分两部分；S04）、自动提取雨量站并计算权重，根据流域范围筛选位于流域范围的雨量站，并通过计算泰森多边形，得到流域内雨量站的权重，并保存到数据库中。进一步的，DEM预处理时，首先对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。进一步的，洼地填充的具体步骤为：在ArcGIS中通过洼地提取和洼地深度计算得到填挖阈值，然后利用hydrology中的fill工具实现填挖；如果分析时对下陷点没有要求，则全部填挖，不需要进行阈值设置。进一步的，确定水流方向时，首先确定水流在每个栅格单元格内的流动方向，在ArcGIS中通过将中心栅格的8个邻域栅格编码，水流方向以其中的某一值来确定。进一步的，在地表径流模拟过程中，汇流累积量是基于水流方向数据计算而来的，在ArcGIS中通过FillAccumulation工具确定所有流入本单元格的累积上游单元格数目来生成流域汇流能力栅格图，从每个栅格单元格出发依次扫描水流方向矩阵，沿水流方向追踪直到DEM边界，当整个水流方向矩阵扫描完毕，就可以得到流域汇流能力的栅格分布图，汇流栅格上每个单元格的值代表上游汇流区内流入该单元格的上游栅格单元格的总数NIP，NIP值较大者，可视为河谷，NIP值等于零则是较高的地方，视为流域的分水岭。进一步的，利用reclassfy工具进行河网的提取，将河网分为两类，并设定阈值，将小于阈值的数据归为NoData，将其他数据归为1；通过重分类生成河网，然后通过Streamlink的计算，即得到每一个河网弧段的起始点和终止点。进一步的，使用hydrology工具中的watershed工具生成集水区，具体步骤为：先确定一个出水点，也就是该集水区的最低点，然后结合水流方向数据，分析搜索出该出水点上游所有流过该出水口的栅格，直到所有该集水区的栅格都确定了位置，也就是搜索到流域的边界—分水岭的位置，也就确定了集水区。进一步的，利用集水区栅格描绘、集水区矢量化命令进行子流域划分，在河网提取时通过设置不同的阈值可以得到不同尺度的河网，然后利用watershed工具生成集水区，即可以得到不同细化的集水区域，通过对比可以得到适合的流域划分结果。本专利技术的有益效果：本专利技术可以在洪水预报过程中任意指定预报断面并构建预报方案，能够根据DEM自动提取河网，自动圈画产汇流区域，自动提取产汇流区域内的雨量站，根据泰森多边形自动计算雨量站权重，避免了现有技术中手动修改坐标、提取水系流域、提取流域雨量站的过程，可明显提高任意断面构建预报方案的效率，有效解决任意断面预报的时效性问题。附图说明图1为实施例1设置流域出口的示意图；图2为实施例1自动生成方案的示意图；图3、4、5分别为实施例1阈值为1000、2000、5000时得到的流域划分图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术做进一步的说明。洪水预报方案是预报模型、预报对象有关的河段、流域和洪水等特性及根据站点的有机整体。由于预报对象所处的河段、流域和洪水千差万别，根据站点类别、信息种类不同，造成预报方案因预报对象不同而不同，因此提出一基于任意断面构建洪水预报模型的方法。进行洪水预报之前，首先需要构建预报方案，本方法基于指定任意断面构建方案，可在地图流域上点击一点作为流域出口，系统能够根据DEM自动提取河网，自动圈画产汇流区域，自动提取产汇流区域内的雨量站，根据泰森多边形自动计算雨量站权重。如图1、2分别为本实施例设置流域出口和自动生成方案的示意图。本方法的具体步骤为：1.指定任意的预报断面作为流域出口。在地图上任意位置点击，根据点击的位置的坐标和河流河道的坐标，判断是否在河流上，如果在河流上，点击的位置即为预报断面的位置，如果不在河流上，则找到与点击位置最近的河流位置，把寻找到的河流位置作为预报断面。2.根据DEM自动提取河网。DEM是用来模拟地表的原始空间数据，利用GIS开发接口对其进行分析计算，可以得到水文学研究，特别是分布式流域水文模型所需要的关于流域地形地貌特征的有用信息，该过程称为流域地貌特征的提取和地形的分割。基于DEM数据自动提取流域地貌特征和进行流域地形自动分割是进行流域空间模拟的基础技术。利用DEM提取的流域地形、地貌特性（如流域和各子流域的面积、分水线，各级河流的长度等）是以数字形式储存在栅格型数阵中。根据DEM自动提取河网的具体步骤为：（1）DEM预处理DEM被认为是比较光滑的地形表面的模拟，但是由于内插及一些真实地形的存在，使得DEM表面存在着一些凹陷的区域。那么这些区域在进行地表水流模拟时，由于低高程栅格的存在，从而使得在进行水流流向计算时在该区域将得到不合理的或错误的水流方向。因此，在进行水流方向的计算之前，应该首先对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。在ArcGIS中通过洼地提取和洼地深度计算得到填挖阈值，然后利用hydrology中的fill工具实现填挖，为了实现洼地的充分填挖，这个过程一般需重复进行几次。如果分析时对下陷点没有要求，可以全部填挖，而不需要进行阈值设置。（2）水流方向的确定水流方向是指水流离开每一个栅格单元时的指向。地表径流在流域空间内总是从地势高处向地势低处流动，最后经流域出口排出流域。为了准确地划定流域界线，首先要确定水流在每个栅格单元格内的流动方向。在ArcGIS中通过将中心栅格的8个邻域栅格编码，水流方向便可以以其中的某一值来确定。（3）汇流累积量的提取在地表径流模拟过程中，汇流累积量是基于水流方向数据计算而来的。在ArcGIS中通过FillAccumulation工具确定所有流入本单元格的累积上游单元格数目来生成流域汇流能力栅格图。从每个栅格单元格出发依次扫描水流方向矩阵，沿水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于任意断面构建洪水预报方案的方法，其特征在于：包括以下步骤：S01)、指定任意的预报断面作为流域出口，在地图上任意位置点击，根据点击位置的坐标和河流河道的坐标，判断其是否在河流上，如果在河流上，点击的位置即为预报断面的位置，如果不在河流上，则找到与点击位置最近的河流位置，把寻找到的河流位置作为预报断面；S02）、根据DEM自动提取河网，包括以下子步骤：S21）、DEM预处理；S22）、确定水流方向；S23）、提取汇流累积量；S24）、提取河网；S03）、自动圈画产汇流流域，根据提取的河网自动生成汇流流域，包括集水区的生成和流域的划分两部分；S04）、自动提取雨量站并计算权重，根据流域范围筛选位于流域范围的雨量站，并通过计算泰森多边形，得到流域内雨量站的权重，并保存到数据库中。

【技术特征摘要】
1.一种基于任意断面构建洪水预报方案的方法，其特征在于：包括以下步骤：S01)、指定任意的预报断面作为流域出口，在地图上任意位置点击，根据点击位置的坐标和河流河道的坐标，判断其是否在河流上，如果在河流上，点击的位置即为预报断面的位置，如果不在河流上，则找到与点击位置最近的河流位置，把寻找到的河流位置作为预报断面；S02）、根据DEM自动提取河网，包括以下子步骤：S21）、DEM预处理；S22）、确定水流方向；S23）、提取汇流累积量；S24）、提取河网；S03）、自动圈画产汇流流域，根据提取的河网自动生成汇流流域，包括集水区的生成和流域的划分两部分；S04）、自动提取雨量站并计算权重，根据流域范围筛选位于流域范围的雨量站，并通过计算泰森多边形，得到流域内雨量站的权重，并保存到数据库中。2.根据权利要求1所述的基于任意断面构建洪水预报方案的方法，其特征在于：DEM预处理时，首先对原始DEM数据进行洼地填充，得到无洼地的DEM。3.根据权利要求2所述的基于任意断面构建洪水预报方案的方法，其特征在于：洼地填充的具体步骤为：在ArcGIS中通过洼地提取和洼地深度计算得到填挖阈值，然后利用hydrology中的fill工具实现填挖；如果分析时对下陷点没有要求，则全部填挖，不需要进行阈值设置。4.根据权利要求1所述的基于任意断面构建洪水预报方案的方法，其特征在于：确定水流方向时，首先确定水流在每个栅格单元格内的流动方向，在ArcGIS中通过将中心栅格的8个邻域栅格编码，水流方向以其中的某一值来确定。5.根据权利要求1所述的基于任意断面构建洪水预报方案的方法，其特征在于：在地表径流模...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋承新，庄会波，周垂志，宗瑞英，马衍鹏，汪阳光，张玉，李德刚，刘凯，李环，薛春珂，郭增，田亚男，
申请(专利权)人：山东省水文局，
类型：发明
国别省市：山东,37