CN109163998B - 一种用于分析流水侵蚀作用的岸坡凹凸程度划分方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于分析流水侵蚀作用的岸坡凹凸程度划分方法，其特征在于，在GIS软件中，利用水文分析功能对研究区域进行处理，得到试划分的自然斜坡单元；再和研究区域的高清遥感影像对比，直到匹配程度满足要求，得到任意两个自然斜坡边界与河岸的交点连接线段的夹角,根据夹角大小划分为多个凹凸岸坡类型，并生成岸坡凹凸程度分级图，根据凹凸程度判定岸坡受水流侵蚀作用大小，从而快速定性确定河岸/库岸边坡的侵蚀性。
Description
技术领域
本发明涉及地表流水对岸坡侵蚀程度评价研究领域；特别是涉及一种用于分析流水侵蚀作用的岸坡凹凸程度划分方法。
背景技术
我国拥有丰富的水力资源，河流、水库众多，为我国的经济建设，国防事业，生态建设提供了内生动力，但自然水流对河岸、库岸的侵蚀作用，使得岸坡稳定性降低，产生滑坡、塌岸等地质灾害，造成人员伤亡、经济财产的损失，以及建设场地失稳、生态环境劣化等；为了预防灾害的发生，需要把握水流对岸坡侵蚀性影响程度、开展相应的岸坡稳定性评估，从而确保人民的财产安全，工程建设的稳定可靠，保护河岸的生态。
一般说来，边坡的稳定性不仅受到地形地貌、地层岩性、地质构造等内部因素影响，还受地下水、降水等气候条件、坡体植被等外部因素影响，而不同于普通边坡，岸坡还遭受长期的流水侧向侵蚀作用，使得岸坡稳定性分析更为复杂。
流水对岸坡的侵蚀性影响，目前已经有常识性知识，就是以河床为参照，凸向河床的岸坡--凸坡为堆积岸，而凹向河床的岸坡-凹坡为侵蚀岸，可以说岸坡的凹、凸性及凹、凸程度就决定了水流对岸坡的侵蚀性影响程度。但如何以定量的方法来定义凹、凸岸坡，以及怎样划分岸坡的凹、凸程度等方面，至今尚未见较好的方法，故导致岸坡稳定性的研究难以实现量化。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：怎样提供一种用于分析流水侵蚀作用的岸坡凹凸程度划分方法，使其能够方便快捷地实现对岸坡凹凸程度的定量分析评价，以便于进一步快速和直观地分析流水对岸坡的侵蚀影响程度的方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种用于分析流水侵蚀作用的岸坡凹凸程度划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，获取原始资料包括：研究区域的数字高程模型和高清遥感影像；
步骤二，ArcGIS软件中，利用水文分析功能对研究区域进行处理(洼地填充、流向提取、流量提取以及河网连接，得到正向集水流域和反向集水流域,并进行矢量化处理；将矢量合并后)，得到试划分的自然斜坡单元；
步骤三，将试划分的斜坡单元与高清遥感影像对比，直到斜坡单元与高清遥感影像匹配程度满足要求；
步骤四，沿河流方向任意相邻两个自然斜坡单元，分别连接两个自然斜坡边界与河岸的交点，得到两条相交的坡脚线段，在GIS中测量这两条线段靠河流一侧的夹角,得到自然斜坡坡脚线夹角α；
步骤五，根据自然斜坡坡脚线夹角α大小，从0-360度范围从小到大依次划分为从凹到凸的数个类型岸坡；
每个类型岸划分界限α取值范围可根据统计数据或工程经验取值；
步骤六，生成凹凸岸分级图，根据凹凸程度判定岸坡受水流侵蚀性，从而快速定性确定河岸边侵蚀定性。
这样，采用本方法，可以基于GIS技术，采用实际地形地貌特征分析方法，能够方便快捷地实现对岸坡凹凸程度的定量分析评价，以便于进一步快速和直观地分析流水对岸坡的侵蚀影响程度，进而在岸坡建筑、构建物场地的稳定性研究等方面带来参考价值。
进一步地，步骤1中获取的研究区域的数字高程模型(DEM)的栅格精度不低于90m*90m，获取的高清遥感影像清晰程度不低于空间分辨率2米。
这样，可以更好地利于后续比较，提高精准度。
进一步地，步骤二具体包括：
首先在ArcGIS软件中，由地形信息生成研究区的地表数字高程模型(DEM)；将研究区地表数字高程模型(DEM)进行反向；然后按照以下步骤试划分自然斜坡单元：
①在ArcGIS软件中，利用水文分析功能，对地形图进行填洼,分别生成无洼地的数字高程模型与无洼地的反向数字高程模型；
②在ArcGIS软件中，以无洼地的数字高程模型与无洼地的反向数字高程模型为基础，利用水文分析功能，得到无洼地的数字高程模型与无洼地的反向数字高程模型的流向图与流量图；河网连接，得到正向集水流域和反向集水流域；
③在ArcGIS软件中，设置流量的阈值，根据流量图生成正向河网和反向河网，然后利用流向图和河网生成正向河流连接图与反向河流连接图；
④在ArcGIS软件中，以正向与反向的流向图和河流连接图为基础，利用水文分析功能，分别生成正向集水流域栅格与反向集水流域栅格；
⑤对正向集水流域和反向集水流域进行矢量化处理；对矢量进行合并，最终得到自然斜坡单元。
采用上述具体步骤的步骤二，利用了GIS中由数字高程模型(DEM)求取斜坡单元的成熟技术，简单易行。
进一步地，步骤三具体包括：
①将高清影像与试划分的斜坡单元进行图形比对，符合率达到90％以上，即认为划分的斜坡单元符合要求；
②符合率低于90％时，返回步骤二进行斜坡单元的重新划分，改变设置的流量阀值，重新生成试划分的斜坡单元，直到满足斜坡单元的划分标准为止。
这样，可以使得划分的斜坡单元从划分尺度上，比较符合研究对象或研究范围内的岸坡的实际情况。
进一步地，步骤五具体为：根据自然斜坡坡脚线夹角α大小，按表1所示的标准，确定相邻的两个斜坡单元沿河流方向岸坡的凹凸类型；其中确定河岸边坡的凹凸性，分别划分为：极凹岸、凹岸、微凹岸、直岸、微凸岸、凸岸和极凸岸；
表1
表1中界限值A～F可以根据统计数据和工程经验取值，例如：A＝115°、B＝145°、C＝175°、D＝185°、E＝215°、F＝245°。
这样划分和取值，能够以定量的方法明确凹岸、直岸、凸岸的类别，并对岸坡的凹、凸程度进一步给予了数学上的定义，屏弃了以往经验、定性方法的不足。
进一步地，步骤六中生成凹凸岸坡分级图时，由ArcGIS生成边坡类型分布格栅，依据边坡类型分布栅格图，按极凹岸、凹岸、微凹岸、直岸、微凸岸、凸岸到极凸岸的顺序，分别采用由红转绿的渐变色差填充表示。
这样，可以根据颜色的区别和变化，直观地示意出各个区域位置的凹凸程度等级，利于直观快速定性确定河岸/库岸边侵蚀定性。
故相比于现有技术，本发明具有以下有益效果，能够以定量的方法明确凹岸、直岸、凸岸的类别，并对岸坡的凹、凸程度进一步给予了数学上的定义，屏弃了以往经验、定性方法的不足，以定量方法解决了研究流水对岸坡侵蚀性影响程度分析的问题。
附图说明
图1为本发明的流程步骤示意图。
图2为本发明步骤四得到的夹角参照示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
实施例：参见图1，一种用于分析流水侵蚀作用的岸坡凹凸程度划分方法，包括以下步骤：
步骤一，获取原始资料包括：研究区域的数字高程模型和高清遥感影像；
步骤二，ArcGIS软件中，利用水文分析功能对研究区域进行处理(洼地填充、流向提取、流量提取以及河网连接，得到正向集水流域和反向集水流域,并进行矢量化处理；将矢量合并后)，得到试划分的自然斜坡单元；
步骤三，将试划分的斜坡单元与高清遥感影像对比，直到斜坡单元与高清遥感影像匹配程度满足要求；
步骤四，沿河流方向任意相邻两个自然斜坡单元，分别连接两个自然斜坡边界与河岸的交点，得到两条相交的坡脚线段，在GIS中测量这两条线段靠河流一侧的夹角,得到自然斜坡坡脚线夹角α；
步骤五，根据自然斜坡坡脚线夹角α大小，从0-360度范围从小到大依次划分为从凹到凸的数个类型岸坡；
每个类型岸取值范围可根据统计数据或工程经验取值；
步骤六，生成凹凸岸分级图，根据凹凸程度判定岸坡受水流侵蚀性，从而快速定性确定河岸边侵蚀定性。
这样，采用本方法，可以基于GIS技术，采用实际地形地貌特征分析方法，能够方便快捷地实现对岸坡凹凸程度的定量分析评价，以便于进一步快速和直观地分析流水对岸坡的侵蚀影响程度，进而在岸坡建筑、构建物场地的稳定性研究等方面带来参考价值。
本实施例中，步骤1中获取的研究区域的数字高程模型(DEM)的栅格精度不低于90m*90m，获取的高清遥感影像清晰程度不低于空间分辨率2米。
这样，可以更好地利于后续比较，提高精准度。
本实施例中，步骤二具体包括：
首先在ArcGIS软件中，由地形信息生成研究区的地表数字高程模型(DEM)；将研究区地表数字高程模型(DEM)进行反向；然后按照以下步骤试划分自然斜坡单元：
①在ArcGIS软件中，利用水文分析功能，对地形图进行填洼,分别生成无洼地的数字高程模型与无洼地的反向数字高程模型；
②在ArcGIS软件中，以无洼地的数字高程模型与无洼地的反向数字高程模型为基础，利用水文分析功能，得到无洼地的数字高程模型与无洼地的反向数字高程模型的流向图与流量图；河网连接，得到正向集水流域和反向集水流域；
③在ArcGIS软件中，设置流量的阈值，根据流量图生成正向河网和反向河网，然后利用流向图和河网生成正向河流连接图与反向河流连接图；
④在ArcGIS软件中，以正向与反向的流向图和河流连接图为基础，利用水文分析功能，分别生成正向集水流域栅格与反向集水流域栅格；
⑤对正向集水流域和反向集水流域进行矢量化处理；对矢量进行合并，最终得到自然斜坡单元。
采用上述具体步骤的步骤二，利用了GIS中由数字高程模型(DEM)求取斜坡单元的成熟技术，简单易行。
本实施例中，步骤三具体包括：
①将高清影像与试划分的斜坡单元进行图形比对，符合率达到90％以上，即认为划分的斜坡单元符合要求；
②符合率低于90％时，返回步骤二进行斜坡单元的重新划分，改变设置的流量阀值，重新生成试划分的斜坡单元，直到满足斜坡单元的划分标准为止。
这样，可以使得划分的斜坡单元从划分尺度上，比较符合研究对象或研究范围内的岸坡的实际情况。
具体实施步骤四时，得到的夹角参照如图2所示。
其中，步骤五具体为：根据自然斜坡坡脚线夹角α大小，按表1所示的标准，确定相邻的两个斜坡单元沿河流方向岸坡的凹凸类型；其中确定河岸边坡的凹凸性，分别划分为：极凹岸、凹岸、微凹岸、直岸、微凸岸、凸岸和极凸岸；
表1
表1中界限值A～F可以根据统计数据和工程经验取值，例如：A＝115°、B＝145°、C＝175°、D＝185°、E＝215°、F＝245°。
这样划分和取值，能够以定量的方法明确凹岸、直岸、凸岸的类别，并对岸坡的凹、凸程度进一步给予了数学上的定义，屏弃了以往经验、定性方法的不足。
本实施例中，步骤六中生成凹凸岸程度分级图时，由ArcGIS生成边坡类型分布格栅，依据边坡类型分布栅格图，按极凹岸、凹岸、微凹岸、直岸、微凸岸、凸岸到极凸岸的顺序，分别采用由红转绿的渐变色差填充表示。
这样，可以根据颜色的区别和变化，直观地示意出各个区域位置的凹凸程度等级，利于直观快速定性确定河岸边侵蚀定性。
综上，本实施例的确定河岸侵蚀性的凹凸程度划分方法,通过提取自然斜坡单元，确定任意两相邻斜坡单元坡角线夹角度数，依据划分标准，对河岸的凹凸程度进行划分，得到凹凸岸坡的分级图，进而判别流水对岸坡的侵蚀性影响。
Claims (4)
1.一种用于分析流水侵蚀作用的岸坡凹凸程度划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，获取原始资料包括：研究区域的数字高程模型和高清遥感影像；
步骤二，ArcGIS软件中，利用水文分析功能对研究区域进行处理，具体处理方式包括洼地填充、流向提取、流量提取以及河网连接，得到正向集水流域和反向集水流域,并进行矢量化处理；将矢量合并后得到试划分的自然斜坡单元；
步骤三，将试划分的斜坡单元与高清遥感影像对比，直到斜坡单元与高清遥感影像匹配程度满足要求；
步骤四，沿河流方向任意相邻两个自然斜坡单元，分别连接两个自然斜坡边界与河岸的交点，得到两条相交的坡脚线段，在GIS中测量这两条线段靠河流一侧的夹角,得到自然斜坡坡脚线夹角α；
步骤五，根据自然斜坡坡脚线夹角α大小，从0-360度范围从小到大依次划分为从凹到凸的数个类型岸坡；根据自然斜坡坡脚线夹角α大小，按表1所示的标准，确定相邻的两个斜坡单元沿河流方向岸坡的凹凸类型；其中确定河岸边坡的凹凸性，分别划分为：极凹岸、凹岸、微凹岸、直岸、微凸岸、凸岸和极凸岸；
表1
表1中界限值A～F根据统计数据和工程经验取值如下：A＝115°、B＝145°、C＝175°、D＝185°、E＝215°、F＝245°；
步骤六，生成凹凸岸坡分级图，根据凹凸程度判定岸坡受水流侵蚀性，从而快速定性确定河岸边侵蚀定性；生成凹凸岸分级图时，由ArcGIS生成边坡类型分布格栅，依据边坡类型分布栅格图，按极凹岸、凹岸、微凹岸、直岸、微凸岸、凸岸到极凸岸的顺序，分别采用由红转绿的渐变色差填充表示。
2.如权利要求1所述的用于分析流水侵蚀作用的岸坡凹凸程度划分方法，其特征在于，步骤1中获取的研究区域的数字高程模型的栅格精度不低于90m*90m，获取的高清遥感影像清晰程度不低于空间分辨率2米。
3.根据权利要求1所述用于分析流水侵蚀作用的岸坡凹凸程度划分方法，其特征在于，步骤二具体包括：
首先在ArcGIS软件中，由地形信息生成研究区的地表数字高程模型；将研究区地表数字高程模型进行反向；然后按照以下步骤试划分自然斜坡单元：
①在ArcGIS软件中，利用水文分析功能，对地形图进行填洼,分别生成无洼地的数字高程模型与无洼地的反向数字高程模型；
②在ArcGIS软件中，以无洼地的数字高程模型与无洼地的反向数字高程模型为基础，利用水文分析功能，得到无洼地的数字高程模型与无洼地的反向数字高程模型的流向图与流量图；河网连接，得到正向集水流域和反向集水流域；
③在ArcGIS软件中，设置流量的阈值，根据流量图生成正向河网和反向河网，然后利用流向图和河网生成正向河流连接图与反向河流连接图；
④在ArcGIS软件中，以正向与反向的流向图和河流连接图为基础，利用水文分析功能，分别生成正向集水流域栅格与反向集水流域栅格；
⑤对正向集水流域和反向集水流域进行矢量化处理；对矢量进行合并，最终得到自然斜坡单元。
4.根据权利要求3所述用于分析流水侵蚀作用的岸坡凹凸程度划分方法，其特征在于，步骤三具体包括：
①将高清影像与试划分的斜坡单元进行图形比对，符合率达到90％以上，即认为划分的斜坡单元符合要求；
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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