CN102902893B

CN102902893B - 一种基于dem的汇水区降雨积水深度的计算方法

Info

Publication number: CN102902893B
Application number: CN201210420043.6A
Authority: CN
Inventors: 薛丰昌
Original assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Information Science and Technology
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2015-03-11
Anticipated expiration: 2032-10-29
Also published as: CN102902893A

Abstract

本发明公开了一种基于DEM的汇水区降雨积水深度的计算方法，属于城市内涝监测预警技术领域。该方法包括以下步骤：遍历DEM栅格，查找最大高程值h_max，令h=h_max；计算所有栅格高程值的和T，h_i为单元栅格高程值；计算积水高程为h_max时的积水量R：R=(n*h-T)*s,n为DEM栅格数量，s为DEM栅格单元面积；求取积水量R区域降水汇流水量Q之间的差值V；判断是否V≤e，其中0≤e≤1，设定的常数，若V≤e，则执行下一步；若V>e，则执行下下一步；计算区域单元积水深度H_i：H_i=h-h_i，结束计算；令h=h*K，其中0<K<1；设t=0；遍历DEM，从1到n计算，n为单元编号，如果h_i>h，则计算t=t+h_i；令T=T-t，返回计算积水高程为h_max时的积水量R步骤。该方法计算速度快，便于应用GIS（地理信息系统）来实现。

Description

一种基于DEM的汇水区降雨积水深度的计算方法

技术领域

本发明公开了一种基于DEM的汇水区降雨积水深度的计算方法，属于城市内涝监测预警技术领域。

背景技术

城市内涝监测预警涉及到产流计算、汇流计算、排水计算、汇水区积水深度计算，其中汇水区积水深度是内涝监测预警的重要参数。汇水区是指依据地形、水流方向计算形成的水文计算单元，一个区域往往由若干个汇水区组成。汇水区的总水量由本区降雨径流量和经管网运移来的其他汇水区的排水量组成。汇水区的积水量为汇水区的总水量减去本汇水区的排水量。

DEM（Digital Elevation Model，数字高程模型）是一定范围内规则格网点的平面坐标（X，Y）及其高程（Z）的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布。在本发明中，指利用汇水区高程点经过插值形成的汇水区内每个规则网格都包含一个高程数据的栅格数据集，其中网格边长确定后即确定了每个网格面积。

汇水区的积水量在汇水区内要进行淹没分配，淹没分配后的水位高程减去相应点地形高程为该点积水深度。

传统汇水区积水深度计算有两种形式，一种是根据汇水区面积和积水量估算积水深度，这种方法精度低，不能自动化计算；另一种方法是采用二分法进行计算，计算复杂，计算量大，计算速度慢。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种算法简单计算速度快且精度较高的基于DEM的汇水区降雨积水深度的计算方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

基于DEM的汇水区降雨积水深度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、遍历DEM栅格，查找最大高程值h_max，令h=h_max；

步骤2、计算所有栅格高程值的和T：T= ，h_i为单元栅格高程值；

步骤3、计算积水高程为h_max时的积水量R：R=(n*h-T)*s,n为DEM栅格数量，s为DEM栅格单元面积；

步骤4、求取积水量R区域降水汇流水量Q之间的差值V： V=R-Q；

步骤5、判断是否V≤e，其中0≤e≤1，设定的常数，若V≤e，则执行步骤6；若V>e，则执行步骤7；

步骤6、计算区域单元积水深度H_i：H_i=h-h_i，结束计算；

步骤7、令h=h*K，其中0<K<1；

V>e说明积水高程应小于h_max，该步骤对最大高程值h（h=h_max）缩小，进而测通过步骤3至步骤5测算h是否就是积水高程；

步骤8、设t=0 ；遍历DEM，从1到n计算，n为单元编号，如果 h_i>h，则计算t=t+ h_i；

若h是积水高程，则高程大于h的栅格将没有积水，这里t为没有积水的栅格高程值总和；

步骤9、令T=T-t，返回步骤3。

根据步骤2，T为所有栅格高程值之和，因此应将没有积水的栅格高程值之和t去除。

发明效果

1、本发明计算速度快，从步骤1至步骤9可看出，基本计算为栅格高程值的求和，实现简单，不需进行解算复杂方程；同时可根据不同精度要求调整步骤5的参数e和步骤7的参数k，从而可进一步提高计算速度；

2、本发明便于利用GIS（地理信息新系统）来实现，栅格计算是GIS的基本功能，步骤1至步骤3、步骤7、步骤8等都可以在GIS属性表中利用GIS统计计算功能直接批量计算得到；

3、计算结果可基于GIS实现可视化表达，计算得到的各栅格的积水高程可以地图化形式标注于每个地理栅格，也可以对不同积水深度的栅格以不同颜色进行渲染。

附图说明

图1：一种基于DEM的汇水区降雨积水深度的计算方法流程图；

图2：汇水区示意图；

图3：单元积水深度分布图。

实施示例：

设某城市街区一汇水区如下图2所示：

图2示例区域进行了正方形网格划分，网格边长10米，每个单元面积为100m²，整个汇水区面积为7840 m²。网格中所注数字为汇水区域划分为网格后，每个网格单元的高程值，单位为米。该汇水区综合径流系数为0.21，某次降雨强度为每小时56mm，计算得示例区域降水产流水量为950 m³（利用综合径流系数法计算降雨地面产流量，成熟方法，不属于本发明范畴）。

下面结合附图对本发明的计算方法进行详细说明。

如图1所示，包括以下步骤：

步骤1、遍历DEM，查找最大高程值令h=h_max；

此步骤利用遍历算法（成熟算法，不属于本发明范畴），在DEM中查找出汇水区DEM中最大高程值h_max，根据图2所示 DEM，本示例中最大高程值为5.49米；

步骤2、计算T=，h_i为单元高程值；

根据图2所示DEM计算出所有栅格高程值的和，本示例中所有栅格高程值的和为339.78米；

步骤3、计算R=(n*h-T)*s,；

h=5.49米，n=78， s=100m²，计算得R=8844m³；

步骤4、计算V=R-Q,Q为区域降水汇流水量

示例区域综合径流系数为0.21，降雨强度为每小时56mm，计算得示例区域降水产流水量Q为950 m³,计算得到v=7894；

步骤5、判断是否V≤e,若“V≤e”则执行步骤6；若“V>e”则执行步骤7；

这里取e=0.1 m³，判断得到“V>e”，执行步骤7-9；

步骤6、H_i=h-h_i，结束计算。

H_i为区域单元积水深度，h为前述积水水位高程，h_i为每个栅格单元高程值；

步骤7、计算h=h*K(0<K<1)；

K取0.9，；

经过步骤8、步骤9的循环计算得到积水水位高程h为4.22米。

返回到步骤6计算单元积水深度，结束计算。

每个栅格单元高程值与积水水位高程相减得到汇水区每个栅格单元最终积水深度H_i。图3为单元积水深度分布图，表中负值为单元积水深度，正值为所在单元地面高程高于积水水位值，相应单元无积水。

Claims

1.一种基于DEM的汇水区降雨积水深度的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、遍历DEM栅格，查找最大高程值h_max，令h＝h_max；

步骤2、计算所有栅格高程值的和T：h_i为单元栅格高程值；

步骤3、计算积水高程为h_max时的积水量R：R＝(n*h-T)*s，n为DEM栅格数量，s为DEM栅格单元面积；

步骤4、求取积水量R与区域降水汇流水量Q之间的差值V：V＝R-Q；

步骤5、判断是否V≤e，其中0≤e≤1，e为设定的常数，若V≤e，则执行步骤6；若V>e，则执行步骤7；

步骤6、计算区域单元积水深度H_i：H_i＝h-h_i，结束计算；

步骤7、令h＝h*K，其中0<K<1；

步骤8、设t＝0；遍历DEM，从1到n计算，n为DEM栅格数量，如果h_i>h，则计算t＝t+h_i；

步骤9、令T＝T-t，返回步骤3。