CN110175370A - 一种城市汇水潜力区识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种城市汇水潜力区识别方法。先建立项目所在区域数字高程模型,在数字高程模型基础上利用水文工具划分汇水潜力区;统计汇水潜力区面积并进行编码;对汇水潜力区下垫面分类,运用SWMM城市雨洪管理模型模拟不同降雨重现期汇水量,估算每个汇水潜力区水量,识别汇水潜力区不同降雨重现期汇水范围,同时结合Civil3D软件进行校验。该方法以城市海绵系统收水‑用水的动态平衡为导向,以街区为单元划分城市汇水潜力区,通过构建场地三维模型,对场地水文特征进行提取,利用雨洪管理模型和Civil3D软件对场地产流、汇流条件进行计算和校验。为海绵城市规划设计提供了辅助工具,提高了海绵城市规划设计的科学性和工作效率。
Description
技术领域
本发明属于海绵城市规划建设领域,具体涉及一种城市汇水潜力区识别方法。
背景技术
在海绵城市规划设计过程中,海绵系统调蓄规模的确定是其设计合理性与否的关键步骤之一,而其中又涉及到子汇水潜力区的划分、设计降雨量确定、子汇水潜力区水量计算等步骤,城市建成环境下垫面条件较之于自然环境有较大不同,其汇水潜力区划分也更为复杂,依靠平面二维地形图在复杂的城市条件下进行分水线提取、汇水区划分等操作存在效率低,易产生误差等不足。
另一方面,现有城市汇水区划分主要为城市给排水管网系统设计提供依据和参考,以城市雨水流域汇水区、城市雨水出水口汇水区和城市雨水管段汇水区三级汇水区划分为目标,对海绵城市规划设计作用有限。
发明内容
发明目的:为了克服现有技术的缺陷,本发明公开了一种城市汇水潜力区识别方法,通过对城市汇水潜力区的提取及水量计算,为水绿耦合的海绵城市规划实施提供量化依据和技术支撑,减少海绵城市规划设计过程中的主观性和模糊性,提高规划设计的科学性和精准性。
技术方案:本发明所述的一种城市汇水潜力区识别方法,包括如下步骤:
(1)获取项目所在区域带有高程属性的地形矢量图像数据;
(2)利用带有高程属性的地形矢量图像数据建立项目所在区域数字高程模型,依据数字高程模型利用最大距离权落差法进行流域汇水潜力区的划分;
(3)在流域汇水潜力区基础上叠加城市用地、城市道路、城市街区基本信息,以街区为单元细分子汇水潜力区;
(4)利用地理信息系统对细分后的各子汇水潜力区进行编码;
(5)获取细分后的各子汇水潜力区下垫面种类属性;
(6)获取项目所在区域基本降雨数据;
(7)利用SWMM城市雨洪管理模型对汇水潜力区汇水量进行模拟计算,结合Civil3D对汇水分区进行校验;
(8)确定各汇水潜力区不同重现期汇水量规模,划定不同重现期汇水潜力区范围。
其中,所述步骤(2)中建立数字高程模型包括生成不规则三角网模型,并将不规则三角网模型转规则格网栅格数据。具体的,将所述高程属性矢量数据导入Arcmap,然后通过3DAnalystTools生成所述不规则三角网模型。
所述步骤(2)中根据数字高程模型进行流域汇水潜力区划分的步骤包括水流方向确定、DEM洼地填充以及汇水潜力区划定。
具体的,所述水流方向确定采用最大距离权落差法,通过将中心栅格8个领域栅格编码,计算中心栅格与邻域栅格最大距离权落差来确定水流方向;所述DEM洼地填充是对原始DEM栅格数据进行填洼处理,得到无洼地DEM栅格数据;所述汇水潜力区划定是利用水流方向确定所有相互连接并处于同一流域的栅格区域,以划定各汇水潜力区。
所述步骤(3)中,叠加所述基本信息时,在Arcmap中将提取后街区面要素图层与子汇水潜力区范围面要素图层叠加。
所述步骤(7)中利用SWMM城市雨洪管理模型对汇水潜力区汇水量模拟计算的步骤包括基础数据整理、模型构建以及计算模拟。
具体的,所述基础数据整理包括整理降雨数据、蒸发数据、下垫面数据以及边界数据;其中所述下垫面数据包括汇水潜力区不透水率、土壤下渗率以及子汇水潜力区坡度;边界数据包括出水口边界;所述模型构建是根据整理的基础数据设置SWMM城市雨洪管理模型中雨量计、子汇水潜力区面积、单位过程线、节点以及LID控制的参数;所述计算模拟是获取不同降雨重现期项目所在区域降雨量设置参数,分别模拟不同汇水潜力区汇水量。
所述步骤(7)中Civil 3D对汇水分区进行校验的步骤包括创建地形模型、雨水径流分析和汇水区校验。
具体的,先利用带有高程属性地形矢量数据创建所述地形模型;然后通过Civil3D形成一条雨水汇流路径;最后检验所述雨水汇流路径是否在划定汇水潜力区内,以完成所述汇水区校验。
有益效果:本发明针对海绵城市规划中的汇水潜力区划分,为便于规划实施与管理,通过利用地理信息系统构建场地三维模型,对场地水文特征进行提取,以街区为尺度对汇水潜力区进行提取及编码,提取单元下垫面,利用SWMM模型进行汇水区水量计算,并结合Civil 3D软件对划分汇水潜力区进行校验,实现了对汇水潜力区划分的双平台效验。从而更加科学、精确、有效地从“收水-用水”动态平衡的海绵城市规划角度对汇水潜力区进行划分,为海绵城市控制性详细规划中明确各地块的低影响开发控制指标、合理组织地表径流、统筹落实衔接各类低影响开发设施以及海绵城市修建性详细规划和设计提供了技术支撑和辅助工具,提高了海绵城市规划设计的科学性和工作效率。
附图说明
图1是本发明的流程示意图。
具体实施方式
下面,结合附图对本发明做进一步详细说明。
如图1所示,针对海绵城市规划中的汇水潜力区划分,提供一种城市汇水潜力区识别方法,包括如下步骤:
(1)通过设计委托方或国家测绘、规划管理部门获取项目所在区域带有高程属性的地形矢量图形数据。带有高程属性的地形矢量图形数据可为DWG格式或Shapefile文件格式,DWG格式是一种用于存储二维、三维设计数据和元数据的专用二进制文件格式;Shapefile文件是描述空间数据几何和属性特征的非拓扑实体矢量数据结构的一种格式,由ESRI(Environmental Systems Research Institute,美国环境系统研究所)公司开发。
(2)利用带有高程属性的地形矢量图形数据建立项目所在区域数字高程模型,根据数字高程模型进行流域汇水潜力区划分。
数字高程模型(Digital Elevation Model,简称DEM)是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面的数字化模拟(即地形表面形态的数字化表示),它是对二维地理空间上具有连续变化特征地理现象的模型化表达和过程模拟。数字高程模型表示方法主要包括规则格网格(Gird)模型、不规则三角网(TIN)模型和等高线(Contour)模型三种。不规则三角网即TIN(Triangulated Irregular Network),是一种表示数字高程模型的方法,它既减少了规则格网带来的数据冗余,同时在计算效率方面又优于纯粹基于等高线的方法,是数字高程模型中最基本和最重要的一种模型。
而具体的,该步骤中建立数字高程模型是将带有高程属性的地形矢量图形数据导入ArcGIS地理信息系统平台,通过3DAnalystTools创建不规则三角网模型,并利用ArcGIS地理信息系统平台3DAnalyst工具箱中的Convert-TIN to Raster命令通过在指定采样距离处插入输入TIN高程值中的栅格像元值的方式将所创建不规则三角网模型转换为规则格网栅格数据,指定相关参数采样距离:[CELLSIZE 1]。
其中,地理信息系统是指在计算机软、硬件系统支持下,对整个或部分地球表层(包括大气层)的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。
ArcGIS地理信息系统平台是由ESRI(美国环境系统研究所)推出的一套具有强大地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享能力完整的GIS平台产品。
该步骤中根据数字高程模型进行流域汇水潜力区划分的步骤包括水流方向确定、DEM洼地填充以及汇水潜力区划定。
水流方向确定采用最大距离权落差法即D8算法,通过将中心栅格8个领域栅格编码,计算中心栅格与邻域栅格最大距离权落差来确定水流方向。具体可在ArcGIS地理信息系统平台ArcToobox中利用Spatial Analyst Tools-Hydrology-Flow Direction命令计算得到流向栅格数据,从而确定水流方向。
DEM洼地填充是对原始DEM栅格数据进行填洼处理,得到无洼地DEM栅格数据。具体可在ArcGIS地理信息系统平台ArcToobox中利用Spatial Analyst Tools-Hydrology-Fill命令计算无洼地DEM栅格数据。
汇水潜力区划定是利用水流方向确定所有相互连接并处于同一流域的栅格区域,以划定各汇水潜力区。具体可在ArcGIS地理信息系统平台ArcToobox中利用SpatialAnalyst Tools-Hydrology-Basin命令计算得到不同汇水潜力区范围。
(3)通过设计委托方或国家测绘及规划管理部门获取城市用地、道路、街区的基本信息,在流域汇水潜力区基础上叠加该基本信息,具体的,在ArcGIS地理信息系统平台ArcToobox中运用“Union”命令将提取后街区面要素图层与子汇水潜力区范围面要素图层叠加,得到以街区为单元的细分子汇水潜力区。
(4)在细分子汇水潜力区的基础上,利用ArcGIS通过属性表-添加字段,增加名称为“汇水潜力区编码”字段,对细分后的不同街区属性子汇水潜力区进行编码。
(5)通过设计委托方或国家测绘、规划管理部门获取细分后的各个子汇水潜力区的下垫面属性。
(6)获取项目所在区域基本降雨数据。具体通过项目所在地气象部门或中国气象科学数据共享服务网中国地面国际交换站气候资料数据集获取所需降雨资料,不同降雨重现期相关基础数据可依据各城市《暴雨强度公式查算表》获取。
(7)利用SWMM城市雨洪管理模型对汇水潜力区汇水量模拟计算,步骤包括:基础数据整理、模型构建以及计算模拟。具体的,基础数据包括降雨数据、蒸发数据、下垫面数据以及边界数据;其中,下垫面数据包括汇水潜力区不透水率、土壤下渗率以及子汇水潜力区坡度,边界数据主要设置出口边界。而模型构建是根据基础数据设置SWMM城市雨洪管理模型中雨量计、子汇水潜力区面积、单位过程线、节点以及LID控制的参数。计算模拟是获取不同降雨重现期降雨量设置参数,在《暴雨强度公式查算表》中依次获取一年一遇、两年一遇、五年一遇、十年一遇、二十年一遇、五十年一遇、一百年一遇等降雨过程线设置参数,分别模拟不同汇水潜力区汇水量。
然后结合Civil 3D对汇水分区结果进行校验。步骤包括创建地形模型、雨水径流分析、汇水区校验三步:a)利用原有带有高程属性矢量数据创建场地数字地形模型;b)选择Civil 3D“流径”命令中“跌水”选项,用鼠标在数字地形模型曲面点击,软件将自行形成一条雨水汇流路径;c)检验软件所形成雨水汇流路径最终是否在划定汇水潜力区单元内。
(8)确定各汇水潜力区不同重现期汇水规模,划定不同重现期汇水潜力区范围。并采用得到的城市汇水潜力区汇水规模确定海绵城市控制性详细规划中低影响开发控制区以及各地块低影响开发控制指标。
Claims (8)
1.一种城市汇水潜力区识别方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)获取项目所在区域带有高程属性的地形矢量图像数据;
(2)利用带有高程属性的地形矢量图像数据建立项目所在区域数字高程模型,依据数字高程模型利用最大距离权落差法进行流域汇水潜力区的划分;
(3)在流域汇水潜力区基础上叠加城市用地、城市道路、城市街区基本信息,以街区为单元细分子汇水潜力区;
(4)利用地理信息系统对细分后的各子汇水潜力区进行编码;
(5)获取细分后的各子汇水潜力区下垫面种类属性;
(6)获取项目所在区域基本降雨数据;
(7)利用SWMM城市雨洪管理模型对汇水潜力区汇水量进行模拟计算,结合Civil 3D对汇水分区进行校验;
(8)确定各汇水潜力区不同重现期汇水量规模,划定不同重现期汇水潜力区范围。
2.根据权利要求1所述的城市汇水潜力区识别方法,其特征在于,所述步骤(2)中建立数字高程模型的步骤包括生成不规则三角网模型,并将不规则三角网模型转规则格网栅格数据。
3.根据权利要求2所述的城市汇水潜力区识别方法,其特征在于,将所述高程属性矢量数据导入Arcmap,然后通过3DAnalystTools生成所述不规则三角网模型。
4.根据权利要求1所述的城市汇水潜力区识别方法,其特征在于,所述步骤(2)中根据数字高程模型进行流域汇水潜力区划分的步骤包括:
水流方向确定,采用最大距离权落差法,通过将中心栅格8个领域栅格编码,计算中心栅格与邻域栅格最大距离权落差来确定水流方向;
DEM洼地填充,对原始DEM栅格数据进行填洼处理,得到无洼地DEM栅格数据;
汇水潜力区划定,利用水流方向确定所有相互连接并处于同一流域的栅格区域,以划定各汇水潜力区。
5.根据权利要求1所述的城市汇水潜力区识别方法,其特征在于,所述步骤(3)中,叠加所述基本信息时,在Arcmap中将提取后街区面要素图层与子汇水潜力区范围面要素图层叠加。
6.根据权利要求1所述的城市汇水潜力区识别方法,其特征在于,所述步骤(7)中利用SWMM城市雨洪管理模型对汇水潜力区汇水量模拟计算的步骤包括基础数据整理、模型构建以及计算模拟;
先进行基础数据整理,包括整理降雨数据、蒸发数据、下垫面数据以及边界数据;其中所述下垫面数据包括汇水潜力区不透水率、土壤下渗率以及子汇水潜力区坡度;边界数据包括出水口边界;
然后模型构建,根据整理的基础数据设置SWMM城市雨洪管理模型中雨量计、子汇水潜力区面积、单位过程线、节点以及LID控制的参数;
计算模拟,获取不同降雨重现期降雨量设置参数,分别模拟不同汇水潜力区汇水量。
7.根据权利要求1所述的城市汇水潜力区识别方法,其特征在于,所述步骤(7)中Civil3D对汇水分区进行校验的步骤包括创建地形模型、雨水径流分析和汇水区校验;
其中,先利用带有高程属性矢量数据创建所述地形模型;然后通过Civil3D形成一条雨水汇流路径;最后检验所述雨水汇流路径是否在划定汇水潜力区内,以完成所述汇水区校验。
8.根据权利要求1所述的城市汇水潜力区识别方法,其特征在于,所述步骤(8)中划定不同重现期汇水潜力区范围后,采用得到的城市汇水潜力区的汇水规模确定海绵城市控制性详细规划中低影响开发控制区以及各地块低影响开发控制指标。
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