一种顾及地类与流向的城市子汇水区划分方法技术

本发明专利技术公开了一种顾及地类与流向的城市子汇水区划分方法，包括S1、依据城市研究区域的自然地形情况和河流间的汇流关系，以具有实际流域排水功能的主干河流作为划分边界，将城市研究区域初步划分为若干个一级汇水区；S2、依据一级汇水区的划分结果，将两边布设有排水管道的主次干道和具有排水功能的干渠作为划分边界，将各一级汇水区划分为中尺度相对独立的单元，获取若干个二级汇水区等步骤。优点是：充分考虑区域大尺度积水分析需求，利用迭代确定算法实现区域内大尺度汇水区划分，可适用于区域内大尺度的汇水区精细划分，划分结果与真实地类分布一致，具有良好的可行性。具有良好的可行性。具有良好的可行性。

【技术实现步骤摘要】
一种顾及地类与流向的城市子汇水区划分方法


[0001]本专利技术涉及汇水区划分
，尤其涉及一种顾及地类与流向的城市子汇水区划分方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着全球气候变化的加剧及城市化的快速发展，城市内涝灾害呈现频发和广发态势，严重威胁着城市公共基础设施和居民的生命财产安全，加大城市暴雨洪水管理和预报预警愈显重要。其中，汇水区划分作为城市暴雨洪水预警的重要环节和关键步骤，其划分的合理性与否很大程度影响暴雨积涝预测的精度。因此，如何准确合理的确定汇水区边界，对于实现更优的城市内涝灾害管理与预测具有重要意义。
[0003]汇水区划分方法主要包括基于数字高程模型(DEM)的水文分析方法和基于节点的几何方法。基于DEM的水文分析方法一般是借助DEM，基于D8等算法提取流域流向，进而对汇水区进行划分；然而该方法应用于地势平坦地区时，易造成水流流向一致产生平行伪河道，导致提取出的汇水区边界与实际情况有很大的差异，因此，为真实反映城市平坦地区汇水区分布，有研究提出了RIDEM模型，该模型的主要思想是将影响汇流流向的道路、水系等地物信息叠加进DEM，对DEM进行修正，对此先后有学者通过叠加建筑物等信息对DEM进行修正，提高城市地区汇水区划分精度。基于DEM的水文分析方法充分考虑了自然地形对水流流向的影响，但忽略了城市内部排水系统及管网对汇流的作用。基于节点的几何方法，主要思想是基于排水管道中雨水井的空间分布，利用Voronio算法确定汇水区，该方法简单可行且充分考虑了人工排水设施对城市积水的疏散作用；但由于该方法仅基于几何方法，在划分过程中未考虑自然地形条件，易导致子流域内汇流流向与实际流向不同。约2015年之前，大多数研究仍侧重某单一方法开展汇水区划分，但城市排水是排水管道系统和地形的结合，近几年，一些学者尝试综合两种方法进行汇水区划分。比如Huang et al.(2019)综合两种方法，围绕区域内小尺度(小于10km2)，基于Voronoi图算法，提出了一种综合顾及自然DEM与人工雨水井的汇水区划分方法。
[0004]然而，已有最新方法(综合两种方法进行汇水区划分)虽然综合考虑了自然地表汇水节点与雨水井，但城市内部雨水井分布不均匀，在建立雨水井Voronoi图时，对于雨水井密度过小的区域，直接通过叠加与雨水井功能不同的自然汇水节点进行划分，易导致划分结果存在很大不确定性；此外，城市中心地区雨水井一般密度较大，这对于区域内小尺度研究的影响不大，然而，在应用于区域内大尺度时，过多的多边形数量会直接导致划分结果无法实际应用。此外，由于最新方法在汇水区划分时，主要通过Voronio算法对汇水区进行简单几何分割，导致微观汇水区划分结果与复杂下垫面的真实地表径流存在偏差，如同一建筑物被划分至多个汇水区内。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种顾及地类与流向的城市子汇水区划分方法，从而解决
现有技术中存在的前述问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0007]一种顾及地类与流向的城市子汇水区划分方法，包括如下步骤，
[0008]S1、依据城市研究区域的自然地形情况和河流间的汇流关系，以具有实际流域排水功能的主干河流作为划分边界，将城市研究区域初步划分为若干个一级汇水区；
[0009]S2、依据一级汇水区的划分结果，将两边布设有排水管道的主次干道和具有排水功能的干渠作为划分边界，将各一级汇水区划分为中尺度相对独立的单元，获取若干个二级汇水区；
[0010]S3、对城市研究区域的修正DEM进行流向分析，确定主流方向及汇水点，并基于主流方向与汇水点，对各二级汇水区进行划分，获取初步三级汇水区；
[0011]S4、结合城市研究区域的地表类型，创建三级汇水区精细划分迭代算法，对初步三级汇水区进行精细划分，获取三级精细子汇水区。
[0012]优选的，步骤S3中，城市研究区域的修正DEM通过下式获取，
[0013]E
a
＝E
i
+H
[0014]其中，E
a
为城市研究区域的修正DEM高程值，E
i
为城市研究区域的原始DEM高程值，H为对应建筑物高度。
[0015]优选的，步骤S3具体包括如下内容，
[0016]S31、利用水文分析工具对城市研究区域的修正DEM进行填挖处理，并基于D8算法，对城市研究区域的修正DEM的中心栅格依次向周围东、南、西、北、东南、东北、西南和西北八个方向进行DEM高程差计算，确定差值最大的下降方向为该中心栅格的水流方向；
[0017]S32、计算该中心栅格上游有多少栅格的水流会通过该中心栅格，并确定这些栅格的汇水量，将汇水量高于汇水阈值的栅格连接起来形成汇水脊线，则汇水脊线的交汇点即为汇水点；
[0018]S33、以汇水点为起点，将流向相同的汇水脊线中包含的所有栅格划分至同一个独立的汇水区，即获取初步三级汇水区。
[0019]优选的，步骤S4具体包括如下内容，
[0020]S41、通过叠加初步三级汇水区与城市研究区域的地表类型，计算获取每个地类图斑的面积；
[0021]S42、计算某地类图斑的面积与其所在的初步三级汇水区总面积的比值，并判断比值与地类图斑面积占比阈值之间的大小关系，若比值大于或等于地类图斑面积占比阈值且该地类图斑周边预设距离阈值以内存在雨水井数量大于0时，则该地类图斑为单一子汇水区，将该地类图斑单独划分子汇水区，获取三级精细子汇水区；若比值小于地类图斑面积占比阈值，则该地类图斑为混合子汇水区，将该地类图斑与其邻近的地类图斑进行拓扑关联与合并，获取三级精细子汇水区；
[0022]S43、重复步骤S42，遍历所有地类图斑，直到所有的三级精细子汇水区的面积大于或等于地类图斑面积占比阈值或单独地类图斑中存在雨水井数量大于0或相邻地类图斑之间的流向不同时，迭代结束，三级精细子汇水区划分完成。
[0023]优选的，所述地表类型包括草坪、树林、耕地、荒地、建筑物和广场道路；子汇水区包括草坪子汇水区、树林子汇水区、建筑物子汇水区和广场子汇水区。
[0024]优选的，地类图斑与其邻近的地类图斑进行拓扑关联与合并的规则函数表达为，
[0025]Merge(i,j)＝f(AreaSNei
ij
,Rainwater
ij
,Direction
ij
,SemNei
ij
)
[0026]其中，i＝1,2,
…
,m，m为地类图斑的总数量；j＝1,2,
…
,n，n为地类图斑i的邻近地类图斑j的总数量；AreaSNei
ij
为地类图斑i的邻近地类图斑j的面积占比，Direction
ij
为地类图斑i流向与邻近地类图斑j流向的夹角，Rainwater
ij
为地类图斑i与邻近地类图斑j之间是雨水井本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种顾及地类与流向的城市子汇水区划分方法，其特征在于：包括如下步骤，S1、依据城市研究区域的自然地形情况和河流间的汇流关系，以具有实际流域排水功能的主干河流作为划分边界，将城市研究区域初步划分为若干个一级汇水区；S2、依据一级汇水区的划分结果，将两边布设有排水管道的主次干道和具有排水功能的干渠作为划分边界，将各一级汇水区划分为中尺度相对独立的单元，获取若干个二级汇水区；S3、对城市研究区域的修正DEM进行流向分析，确定主流方向及汇水点，并基于主流方向与汇水点，对各二级汇水区进行划分，获取初步三级汇水区；S4、结合城市研究区域的地表类型，创建三级汇水区精细划分迭代算法，对初步三级汇水区进行精细划分，获取三级精细子汇水区。2.根据权利要求1所述的顾及地类与流向的城市子汇水区划分方法，其特征在于：步骤S3中，城市研究区域的修正DEM通过下式获取，E
a
＝E
i
+H其中，E
a
为城市研究区域的修正DEM高程值，E
i
为城市研究区域的原始DEM高程值，H为对应建筑物高度。3.根据权利要求1所述的顾及地类与流向的城市子汇水区划分方法，其特征在于：步骤S3具体包括如下内容，S31、利用水文分析工具对城市研究区域的修正DEM进行填挖处理，并基于D8算法，对城市研究区域的修正DEM的中心栅格依次向周围东、南、西、北、东南、东北、西南和西北八个方向进行DEM高程差计算，确定差值最大的下降方向为该中心栅格的水流方向；S32、计算该中心栅格上游有多少栅格的水流会通过该中心栅格，并确定这些栅格的汇水量，将汇水量高于汇水阈值的栅格连接起来形成汇水脊线，则汇水脊线的交汇点即为汇水点；S33、以汇水点为起点，将流向相同的汇水脊线中包含的所有栅格划分至同一个独立的汇水区，即获取初步三级汇水区。4.根据权利要求3所述的顾及地类与流向的城市子汇水区划分方法，其特征在于：步骤S4具体包括如下内容，S41、通过叠加初步三级汇水区与城市研究区域的地表类型，计算获取每个地类图斑的面积；S42、计算某地类图斑的面积与其所在的初步三级汇水区总面积的比值，并判断比值与地类图斑面积占比阈值之间的大小关系，若比值大于或等于地类图斑面积占比阈值且该地类图斑周边预设距离阈值以内存在雨水井数量大于0时，则该地类图斑...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成名，戴昭鑫，吴政，范子贤，马照亭，刘丽，朱立宁，杨霄，
申请(专利权)人：中国测绘科学研究院，
类型：发明
国别省市：