CN115081069A - 一种道路沉沙池规划方法及系统 - Google Patents

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CN115081069A CN202210702912.8A CN202210702912A CN115081069A CN 115081069 A CN115081069 A CN 115081069A CN 202210702912 A CN202210702912 A CN 202210702912A CN 115081069 A CN115081069 A CN 115081069A
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Abstract

本发明提供了一种道路沉沙池规划方法及系统，涉及沉沙池规划技术领域，包括获取待规划区域的高程数据和道路网络矢量数据；根据高程数据和道路网络矢量数据确定待规划区域的道路网络中每条道路的高程变化图；根据高程阈值和多个高程变化图，对待规划区域的道路网络中每条道路进行划分，得到多个路段；基于ArcGIS平台计算每个路段的上坡集水面积；获取多种沉沙池设置方案；不同沉沙池设置方案中沉沙池的数量不同；基于每个路段的上坡集水面积和多种沉沙池设置方案，确定上坡集水面积阈值；根据上坡集水面积阈值，规划沉沙池的数量和分布位置。本发明基于上坡集水区面积阈值对道路沉沙池进行规划，提高了道路沉沙池规划的合理性。

Description

一种道路沉沙池规划方法及系统
技术领域
本发明涉及沉沙池规划技术领域，特别是涉及一种道路沉沙池规划方法及系统。
背景技术
道路网络是影响流域内物质循环、能量流动和信息传递效率最重要的人为因素之一。在全球道路网络迅速扩张背景下，道路侵蚀已然成为当今世界面临的一个亟待解决的生态环境问题。目前，对道路侵蚀泥沙防治的研究多是在单个路段或某条道路上开展的，但是道路侵蚀的影响并不仅仅发生在局部路段尺度上，还应考虑在流域尺度上道路对径流与泥沙传输过程的影响，以期促进道路建设与环境保护的协调发展。其中，基于泥沙连通度调控道路侵蚀泥沙的传输过程，是解决道路侵蚀带来的生态环境效应的有效途径。道路对上坡泥沙的拦截、汇集及向下游方向的传输显著增加流域泥沙连通性，因此，以道路为基础，在道路路段的排水口处增加沉沙池，拦截来自道路上坡方向的泥沙，减少道路向下游传输的泥沙量降低流域泥沙连通性，是调控道路侵蚀泥沙传输的关键。
作为流域截留泥沙的重要工程措施，沉沙池对降低道路排水口输沙量具有重要意义。但沉沙池的设置需要依据流域内道路分布的实际情况和流域地形情况，同时考虑节约成本和生态保护等原则，以期在有效拦截流域泥沙的同时尽可能地以最少的沉沙池数量达到最佳的泥沙拦截效果，进而降低成本，减少沉沙池建设对环境的破坏。目前沉沙池的设置规划多是根据经验以等长距离设置在路边，此做法的结果无非两种，沉沙池数量设置过多，造成成本大幅提升，对环境的破坏严重；沉沙池数量不足，不能满足对泥沙传输的截留，导致水土流失严重、水环境恶化。
发明内容
本发明的目的是提供一种道路沉沙池规划方法及系统，基于上坡集水区面积阈值对道路沉沙池进行规划，提高了道路沉沙池规划的合理性。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种道路沉沙池规划方法，包括：
获取待规划区域的高程数据和道路网络矢量数据；
根据所述高程数据和所述道路网络矢量数据确定待规划区域的道路网络中每条道路的高程变化图；
根据高程阈值和多个所述高程变化图，对待规划区域的道路网络中每条道路进行划分，得到多个路段；
基于ArcGIS平台计算每个路段的上坡集水面积；
获取多种沉沙池设置方案；不同沉沙池设置方案中沉沙池的数量不同；
基于每个路段的上坡集水面积和多种沉沙池设置方案，确定上坡集水面积阈值；
根据所述上坡集水面积阈值，规划沉沙池的数量和分布位置。
可选的，所述基于每个路段的上坡集水面积和多种沉沙池设置方案，确定上坡集水面积阈值，包括：
基于每个路段的上坡集水面积，确定每种沉沙池设置方案对应的上坡集水面积；
计算每种沉沙池设置方案对应的泥沙连通性指数；
根据每种沉沙池设置方案对应的上坡集水面积和泥沙连通性指数，采用均值变点法，确定上坡集水面积阈值。
可选的，所述计算每种沉沙池设置方案对应的泥沙连通性指数，包括：
确定任一沉沙池设置方案为当前沉沙池设置方案；
利用栅格计算器模拟当前沉沙池设置方案对河流的影响，得到当前沉沙池设置方案对应的流向图层；
基于所述高程数据和所述流向图层，计算当前沉沙池设置方案对应的下坡组分和上坡组分；
根据下坡组分和上坡组分，确定当前沉沙池设置方案的泥沙连通性指数。
可选的，所述下坡组分为
Figure BDA0003704313950000021
所述上坡组分为
Figure BDA0003704313950000022
所述泥沙连通性指数为
Figure BDA0003704313950000023
其中，Ddn表示下坡组分；di表示第i个栅格单元到汇流点经过的路径长度；Wi表示第i个栅格单元的权重因子；Si表示第i个栅格单元的坡度因子；Dup表示上坡组分；
Figure BDA0003704313950000031
表示上坡贡献面积的平均加权因子；
Figure BDA0003704313950000032
表示上坡贡献面积的平均坡度；A表示上坡贡献面积；IC表示泥沙连通性指数。
一种道路沉沙池规划系统，包括：
数据获取模块，用于获取待规划区域的高程数据和道路网络矢量数据；
高程变化图确定模块，用于根据所述高程数据和所述道路网络矢量数据确定待规划区域的道路网络中每条道路的高程变化图；
路段划分模块，用于根据高程阈值和多个所述高程变化图，对待规划区域的道路网络中每条道路进行划分，得到多个路段；
上坡集水面积确定模块，用于基于ArcGIS平台计算每个路段的上坡集水面积；
沉沙池设置方案获取模块，用于获取多种沉沙池设置方案；不同沉沙池设置方案中沉沙池的数量不同；
上坡集水面积阈值确定模块，用于基于每个路段的上坡集水面积和多种沉沙池设置方案，确定上坡集水面积阈值；
沉沙池规划模块，用于根据所述上坡集水面积阈值，规划沉沙池的数量和分布位置。
可选的，所述上坡集水面积阈值确定模块包括：
上坡集水面积确定单元，用于基于每个路段的上坡集水面积，确定每种沉沙池设置方案对应的上坡集水面积；
泥沙连通性指数确定单元，用于计算每种沉沙池设置方案对应的泥沙连通性指数；
上坡集水面积阈值确定单元，用于根据每种沉沙池设置方案对应的上坡集水面积和泥沙连通性指数，采用均值变点法，确定上坡集水面积阈值。
可选的，所述泥沙连通性指数确定单元包括：
当前沉沙池设置方案确定子单元，用于确定任一沉沙池设置方案为当前沉沙池设置方案；
流向图层确定子单元，用于利用栅格计算器模拟当前沉沙池设置方案对河流的影响，得到当前沉沙池设置方案对应的流向图层；
组分确定子单元，用于基于所述高程数据和所述流向图层，计算当前沉沙池设置方案对应的下坡组分和上坡组分；
泥沙连通性指数确定子单元，用于根据下坡组分和上坡组分，确定当前沉沙池设置方案的泥沙连通性指数。
可选的，所述下坡组分为
Figure BDA0003704313950000041
所述上坡组分为
Figure BDA0003704313950000042
所述泥沙连通性指数为
Figure BDA0003704313950000043
其中，Ddn表示下坡组分；di表示第i个栅格单元到汇流点经过的路径长度；Wi表示第i个栅格单元的权重因子；Si表示第i个栅格单元的坡度因子；Dup表示上坡组分；
Figure BDA0003704313950000044
表示上坡贡献面积的平均加权因子；
Figure BDA0003704313950000045
表示上坡贡献面积的平均坡度；A表示上坡贡献面积；IC表示泥沙连通性指数。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种道路沉沙池规划方法及系统，包括获取待规划区域的高程数据和道路网络矢量数据；根据高程数据和道路网络矢量数据确定待规划区域的道路网络中每条道路的高程变化图；根据高程阈值和多个高程变化图，对待规划区域的道路网络中每条道路进行划分，得到多个路段；基于ArcGIS平台计算每个路段的上坡集水面积；获取多种沉沙池设置方案；不同沉沙池设置方案中沉沙池的数量不同；基于每个路段的上坡集水面积和多种沉沙池设置方案，确定上坡集水面积阈值；根据上坡集水面积阈值，规划沉沙池的数量和分布位置。本发明基于上坡集水区面积阈值对道路沉沙池进行规划，提高了道路沉沙池规划的合理性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中一种道路沉沙池规划方法流程图；
图2为本发明实施例2中一种道路沉沙池规划方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种道路沉沙池规划方法及系统，基于上坡集水区面积阈值对道路沉沙池进行规划，提高了道路沉沙池规划的合理性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1，本实施例提供了一种道路沉沙池规划方法，包括：
步骤101：获取待规划区域的高程数据和道路网络矢量数据。
步骤102：根据高程数据和道路网络矢量数据确定待规划区域的道路网络中每条道路的高程变化图。
步骤103：根据高程阈值和多个高程变化图，对待规划区域的道路网络中每条道路进行划分，得到多个路段。
步骤104：基于ArcGIS平台计算每个路段的上坡集水面积。
步骤105：获取多种沉沙池设置方案；不同沉沙池设置方案中沉沙池的数量不同。
步骤106：基于每个路段的上坡集水面积和多种沉沙池设置方案，确定上坡集水面积阈值。
步骤106包括：基于每个路段的上坡集水面积，确定每种沉沙池设置方案对应的上坡集水面积；计算每种沉沙池设置方案对应的泥沙连通性指数；根据每种沉沙池设置方案对应的上坡集水面积和泥沙连通性指数，采用均值变点法，确定上坡集水面积阈值。
其中，计算每种沉沙池设置方案对应的泥沙连通性指数，包括：确定任一沉沙池设置方案为当前沉沙池设置方案；利用栅格计算器模拟当前沉沙池设置方案对河流的影响，得到当前沉沙池设置方案对应的流向图层；基于高程数据和流向图层，计算当前沉沙池设置方案对应的下坡组分和上坡组分；根据下坡组分和上坡组分，确定当前沉沙池设置方案的泥沙连通性指数。
具体的，下坡组分为
Figure BDA0003704313950000061
上坡组分为
Figure BDA0003704313950000062
泥沙连通性指数为
Figure BDA0003704313950000063
其中，Ddn表示下坡组分；di表示第i个栅格单元到汇流点经过的路径长度；Wi表示第i个栅格单元的权重因子；Si表示第i个栅格单元的坡度因子；Dup表示上坡组分；
Figure BDA0003704313950000064
表示上坡贡献面积的平均加权因子；
Figure BDA0003704313950000065
表示上坡贡献面积的平均坡度；A表示上坡贡献面积；IC表示泥沙连通性指数。
步骤107：根据上坡集水面积阈值，规划沉沙池的数量和分布位置。
实施例2
本实施例提供了一种基于上坡集水面积阈值的山区道路沉沙池规划方法：(1)道路高程点提取与路段划分；(2)道路上坡集水区面积的提取；(3)特定区域路段上坡集水面积阈值的确定；(4)道路沉沙池数量与位置的确定
本发明所要解决的技术问题是如何合理规划沉沙池数量与位置，以期设置最优的沉沙池达到最佳的泥沙拦截效果。本发明以地形和道路为基础，通过路段划分与各路段上坡集水面积的计算确定不同集水面积情景下沉沙池的分布与数量；借助泥沙连通性指数(Index ofsediment connectivity，IC)模拟不同面积阈值下沉沙池分布对泥沙连通性的影响，进而确定能到达最佳泥沙拦截效果时的道路上坡集水面积阈值；根据道路上坡集水面积阈值，确定沉沙池的数量与位置并图示。本发明可为山区小流域道路网络沉沙池的规划提供借鉴。
如图2，基于此，本发明提出一种基于上坡集水面积阈值的山区道路沉沙池选址方法，包括以下步骤：
步骤1：数据获取与处理
本发明所使用的数据包括：高精度地形数据、道路网络矢量数据和河流网络矢量数据。其中，高精度地形数据为从91卫图助手下载的分辨率为16m的数字高程模型(DEM)数据；道路网络矢量数据和河流网络矢量数据为规划与测绘部门提供的基础地理矢量数据。
步骤2：道路高程点提取
基于ArcGIS平台，结合道路网络矢量数据和DEM数据，生成每条道路自起点至终点的高程变化图。操作如下：(1)运用“Editing Tools”中的“Densify”在道路沿线每间隔16m添加一个道路节点；(2)运用“Data Management Tools”中的“Features”-“Split Line atVertices”将道路网络在节点处打断；(3)运用“Data Management Tools”中的“Feature ToPoint”将每个路段转为折点；(4)运用Spatial Analyst Tools”中的“Extract Values toPoints”将DEM数据提至每一个道路折点，生成每条道路的高程点图层，即“Road_point_DEM”；(5)展开每条道路高程点图层(Road_point_DEM)的属性表，点击“Create GraphWizard”，其中“Graph type”选择“Vertical Line”，“Y field”选择“DEM”，从而生成每条道路自起点至终点的高程变化图。
步骤3：依据道路高程点数据划分道路为不同的路段
从每条道路的起点至终点，沿道路高程点数据，以特定高差(如2m)为划分依据，将道路划分为长度不同但高差相同的路段，将各路段节点作为道路排水口，得到道路排水口图层(Road_point)，随后打开“Road_point”图层的属性表，添加字段“Id1”，将其由1开始排序；同时，根据道路排水口数设置最大沉沙池数量(Nmax)。
步骤4：以划分的路段和DEM数据为基础，基于ArcGIS平台，计算不同路段的上坡集水面积。操作如下：(1)运用“Spatial Analyst Tools”中的“Hydrology”-“Fill”对DEM进行填洼；(2)利用“Flow Direction”和“Flow Accumulation”提取水流方向与汇流累积量；(3)以划分的路段为基础，借助“Snap PourPoint”生成各路段的捕捉倾斜点；(4)运用“Watershed”生成各路段上坡集水区域图层，即“Road_Watershed”图层，该图层包括字段(Id1)；(5)打开“Road_Watershed”图层的属性表添加新字段，即“Area”，并通过“CalculateGeometry”计算得到各路段上坡集水面积。
步骤5：设置沉沙池数量情景及其对应的上坡集水区面积
沉沙池数量越多，每个沉沙池所对应的上坡集水面积就越小；反之，沉沙池数量减少，每个沉沙池所对应的上坡集水面积就增加。根据步骤3设置的最大沉沙池数量(Nmax)，按照等差递减排列(公差为d)，依次设置不同的沉沙池数量，即，Nmax-d，Nmax-2d,Nmax-3d,…Nmax-nd。基于沉沙池不同数量情景，获取沉沙池不同数量情景所对应的道路上坡集水面积。操作如下：打开“Road_Watershed”图层的属性表，双击“Area”字段，使得“Area”字段依次从大到小的顺序排列。从大至小依次确定第Nmax个沉沙池处的上坡集水面积ANmax，第Nmax-d个沉沙池处的上坡集水面积ANmax-d，第Nmax-2d个沉沙池处的上坡集水面积ANmax-2d，第Nmax-3d个沉沙池处的上坡集水面积ANmax-3d，…，第Nmax-nd个沉沙池处的上坡集水面积ANmax-nd，即沉沙池数量为Nmax，Nmax-d，Nmax-2d，Nmax-3d，…，Nmax-nd时对应的上坡集水面积依次为ANmax，ANmax-d，ANmax-2d，ANmax-3d，…，ANmax-nd。
步骤6：基于泥沙连通性指数(IC)模拟道路沉沙池不同数量情景下泥沙连通性的变化。
泥沙连通性指数(IC)计算过程如下：
(1)以不同数量情景的沉沙池分布为基础，借助“Conversion Tools”-“ToRaster”-“Point to Raster”依次将各情景中的沉沙池栅格化，并借助栅格计算器将其添加至道路影响下的“流向”图层中，从而得到不同沉沙池影响下的“流向”图层，即FDNmax，FDNmax-d，FDNmax-2d，FDNmax-3d，…，FDNmax-nd；(2)以“相对平滑度指数”为权重因子，结合上述“流向”图层以及由DEM计算得到的“坡度”图层，利用“Spatial Analyst Tools”-“FlowLength”，借助公式
Figure BDA0003704313950000081
计算得到下坡组分Ddn；利用“Spatial Analyst Tools”-“Flow Accumulation”，借助公式
Figure BDA0003704313950000082
计算得到上坡组分Dup；随后，利用“MapAlgebra”-“Raster Calcilator”，借助公式
Figure BDA0003704313950000083
计算得到不同沉沙池情景下的泥沙连通性。
步骤7：基于不同情景下泥沙连通性指数(IC)与对应的道路上坡集水面积，采用均值变点法，确定规划路段的上坡集水面积阈值。处理过程如下：(1)基于ArcGIS平台，运用“Spatial Analyst Tools”中的“Zonal”-“Zonal Statistics as Table”，统计各面积阈值下泥沙连通性的分布情况；(2)以道路上坡集水面积为横坐标，以相应的泥沙连通性指数(IC)为纵坐标，构建泥沙连通性随道路上坡集水面积的变化趋势；(3)采用均值变点法计算规划路段的上坡集水面积阈值。处理过程(3)的操作如下：①计算总的均值和方差；②循环将这组有序数据分为两组，即X1和X2，随后分别计算各组的均值和方差，计算总方差(S)与分组方差之和(Si)的差；③取②的最大值所对应的点作为变点，该变点处的道路上坡集水面积即为道路上坡集水面积阈值(ANmax-x)，该过程借助Matlab软件完成。
步骤8：基于确定的上坡集水面积阈值(ANmax-x)，确定沉沙池个数和位置。步骤如下：(1)以道路上坡集水面积为基础，展开“Road_Watershed”图层的属性表，将字段“Area”的面积数值按照从大到小的顺序进行排列，选中面积数值大于ANmax-x的道路上坡集水面积，即An；随后，选择“Road_point”图层中“Id1”与“An”的“Id1”相应的要素，此时，选中的要素个数即为沉沙池个数；(2)为确定沉沙池位置，打开“Road_point”图层的属性表，以“Road_point”图层选中的“Id1”要素为基础，右击“Road_point”，选择“Data”-“Export Data”，输出图层即为道路上坡集水面积阈值下的沉沙池分布位置。
步骤9：将确定的上坡集水面积阈值扩展到相同流域或区域的其他道路，结合地形与道路网络数据，完成区域或流域尺度上道路网络沉沙池的规划。
实施例3
本实施例提供了一种道路沉沙池规划系统，包括：
数据获取模块，用于获取待规划区域的高程数据和道路网络矢量数据。
高程变化图确定模块，用于根据高程数据和道路网络矢量数据确定待规划区域的道路网络中每条道路的高程变化图。
路段划分模块，用于根据高程阈值和多个高程变化图，对待规划区域的道路网络中每条道路进行划分，得到多个路段。
上坡集水面积确定模块，用于基于ArcGIS平台计算每个路段的上坡集水面积。
沉沙池设置方案获取模块，用于获取多种沉沙池设置方案；不同沉沙池设置方案中沉沙池的数量不同。
上坡集水面积阈值确定模块，用于基于每个路段的上坡集水面积和多种沉沙池设置方案，确定上坡集水面积阈值。
沉沙池规划模块，用于根据上坡集水面积阈值，规划沉沙池的数量和分布位置。
其中，上坡集水面积阈值确定模块包括：上坡集水面积确定单元，用于基于每个路段的上坡集水面积，确定每种沉沙池设置方案对应的上坡集水面积；泥沙连通性指数确定单元，用于计算每种沉沙池设置方案对应的泥沙连通性指数；上坡集水面积阈值确定单元，用于根据每种沉沙池设置方案对应的上坡集水面积和泥沙连通性指数，采用均值变点法，确定上坡集水面积阈值。
具体的，泥沙连通性指数确定单元包括：
当前沉沙池设置方案确定子单元，用于确定任一沉沙池设置方案为当前沉沙池设置方案；
流向图层确定子单元，用于利用栅格计算器模拟当前沉沙池设置方案对河流的影响，得到当前沉沙池设置方案对应的流向图层；
组分确定子单元，用于基于高程数据和流向图层，计算当前沉沙池设置方案对应的下坡组分和上坡组分；
泥沙连通性指数确定子单元，用于根据下坡组分和上坡组分，确定当前沉沙池设置方案的泥沙连通性指数。
其中，下坡组分为
Figure BDA0003704313950000101
上坡组分为
Figure BDA0003704313950000102
泥沙连通性指数为
Figure BDA0003704313950000103
其中，Ddn表示下坡组分；di表示第i个栅格单元到汇流点经过的路径长度；Wi表示第i个栅格单元的权重因子；Si表示第i个栅格单元的坡度因子；Dup表示上坡组分；
Figure BDA0003704313950000104
表示上坡贡献面积的平均加权因子；
Figure BDA0003704313950000105
表示上坡贡献面积的平均坡度；A表示上坡贡献面积；IC表示泥沙连通性指数。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种道路沉沙池规划方法，其特征在于，包括：
获取待规划区域的高程数据和道路网络矢量数据；
根据所述高程数据和所述道路网络矢量数据确定待规划区域的道路网络中每条道路的高程变化图；
根据高程阈值和多个所述高程变化图，对待规划区域的道路网络中每条道路进行划分，得到多个路段；
基于ArcGIS平台计算每个路段的上坡集水面积；
获取多种沉沙池设置方案；不同沉沙池设置方案中沉沙池的数量不同；
基于每个路段的上坡集水面积和多种沉沙池设置方案，确定上坡集水面积阈值；
根据所述上坡集水面积阈值，规划沉沙池的数量和分布位置。
2.根据权利要求1所述的一种道路沉沙池规划方法，其特征在于，所述基于每个路段的上坡集水面积和多种沉沙池设置方案，确定上坡集水面积阈值，包括：
基于每个路段的上坡集水面积，确定每种沉沙池设置方案对应的上坡集水面积；
计算每种沉沙池设置方案对应的泥沙连通性指数；
根据每种沉沙池设置方案对应的上坡集水面积和泥沙连通性指数，采用均值变点法，确定上坡集水面积阈值。
3.根据权利要求2所述的一种道路沉沙池规划方法，其特征在于，所述计算每种沉沙池设置方案对应的泥沙连通性指数，包括：
确定任一沉沙池设置方案为当前沉沙池设置方案；
利用栅格计算器模拟当前沉沙池设置方案对河流的影响，得到当前沉沙池设置方案对应的流向图层；
基于所述高程数据和所述流向图层，计算当前沉沙池设置方案对应的下坡组分和上坡组分；
根据下坡组分和上坡组分，确定当前沉沙池设置方案的泥沙连通性指数。
4.根据权利要求3所述的一种道路沉沙池规划方法，其特征在于，
所述下坡组分为
Figure FDA0003704313940000011
所述上坡组分为
Figure FDA0003704313940000021
所述泥沙连通性指数为
Figure FDA0003704313940000022
其中，Ddn表示下坡组分；di表示第i个栅格单元到汇流点经过的路径长度；Wi表示第i个栅格单元的权重因子；Si表示第i个栅格单元的坡度因子；Dup表示上坡组分；
Figure FDA0003704313940000023
表示上坡贡献面积的平均加权因子；
Figure FDA0003704313940000024
表示上坡贡献面积的平均坡度；A表示上坡贡献面积；IC表示泥沙连通性指数。
5.一种道路沉沙池规划系统，其特征在于，包括：
数据获取模块，用于获取待规划区域的高程数据和道路网络矢量数据；
高程变化图确定模块，用于根据所述高程数据和所述道路网络矢量数据确定待规划区域的道路网络中每条道路的高程变化图；
路段划分模块，用于根据高程阈值和多个所述高程变化图，对待规划区域的道路网络中每条道路进行划分，得到多个路段；
上坡集水面积确定模块，用于基于ArcGIS平台计算每个路段的上坡集水面积；
沉沙池设置方案获取模块，用于获取多种沉沙池设置方案；不同沉沙池设置方案中沉沙池的数量不同；
上坡集水面积阈值确定模块，用于基于每个路段的上坡集水面积和多种沉沙池设置方案，确定上坡集水面积阈值；
沉沙池规划模块，用于根据所述上坡集水面积阈值，规划沉沙池的数量和分布位置。
6.根据权利要求5所述的一种道路沉沙池规划系统，其特征在于，所述上坡集水面积阈值确定模块包括：
上坡集水面积确定单元，用于基于每个路段的上坡集水面积，确定每种沉沙池设置方案对应的上坡集水面积；
泥沙连通性指数确定单元，用于计算每种沉沙池设置方案对应的泥沙连通性指数；
上坡集水面积阈值确定单元，用于根据每种沉沙池设置方案对应的上坡集水面积和泥沙连通性指数，采用均值变点法，确定上坡集水面积阈值。
7.根据权利要求6所述的一种道路沉沙池规划系统，其特征在于，所述泥沙连通性指数确定单元包括：
当前沉沙池设置方案确定子单元，用于确定任一沉沙池设置方案为当前沉沙池设置方案；
流向图层确定子单元，用于利用栅格计算器模拟当前沉沙池设置方案对河流的影响，得到当前沉沙池设置方案对应的流向图层；
组分确定子单元，用于基于所述高程数据和所述流向图层，计算当前沉沙池设置方案对应的下坡组分和上坡组分；
泥沙连通性指数确定子单元，用于根据下坡组分和上坡组分，确定当前沉沙池设置方案的泥沙连通性指数。
8.根据权利要求7所述的一种道路沉沙池规划系统，其特征在于，
所述下坡组分为
Figure FDA0003704313940000031
所述上坡组分为
Figure FDA0003704313940000032
所述泥沙连通性指数为
Figure FDA0003704313940000033
其中，Ddn表示下坡组分；di表示第i个栅格单元到汇流点经过的路径长度；Wi表示第i个栅格单元的权重因子；Si表示第i个栅格单元的坡度因子；Dup表示上坡组分；
Figure FDA0003704313940000034
表示上坡贡献面积的平均加权因子；
Figure FDA0003704313940000035
表示上坡贡献面积的平均坡度；A表示上坡贡献面积；IC表示泥沙连通性指数。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101482612A (zh) * 2009-01-21 2009-07-15 华东师范大学 基于地理信息系统技术的河网地区水系连通性测度方法
CN108133331A (zh) * 2018-01-15 2018-06-08 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 一种黄河下游宽滩区滞洪沉沙功能和减灾效应的评价方法
CN108416144A (zh) * 2018-03-09 2018-08-17 大连理工大学 一种隧道对生态廊道连通性影响的判断方法
CN113888710A (zh) * 2021-09-30 2022-01-04 河海大学 一种基于dem的动力学流域产沙量模拟方法
WO2022052399A1 (zh) * 2020-09-11 2022-03-17 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 山洪泥石流沟道形成区的拦砂坝生态组合
CN114580910A (zh) * 2022-03-04 2022-06-03 河南大学 一种考虑道路影响的流域泥沙连通性评价方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101482612A (zh) * 2009-01-21 2009-07-15 华东师范大学 基于地理信息系统技术的河网地区水系连通性测度方法
CN108133331A (zh) * 2018-01-15 2018-06-08 黄河水利委员会黄河水利科学研究院 一种黄河下游宽滩区滞洪沉沙功能和减灾效应的评价方法
CN108416144A (zh) * 2018-03-09 2018-08-17 大连理工大学 一种隧道对生态廊道连通性影响的判断方法
WO2022052399A1 (zh) * 2020-09-11 2022-03-17 中国科学院、水利部成都山地灾害与环境研究所 山洪泥石流沟道形成区的拦砂坝生态组合
CN113888710A (zh) * 2021-09-30 2022-01-04 河海大学 一种基于dem的动力学流域产沙量模拟方法
CN114580910A (zh) * 2022-03-04 2022-06-03 河南大学 一种考虑道路影响的流域泥沙连通性评价方法

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALBERTO ALFONSO-TORREÑO ET AL: "Effects of gully control measures on sediment yield and connectivity in wooded rangelands", CATENA, vol. 214, pages 1 - 15 *
BRIAN D SUGDEN: "Estimated sediment reduction with forestry best management practices implementation on a legacy forest road network in the northern Rocky Mountains", FOREST SCIENCE, vol. 64, no. 2, pages 214 - 224 *
GABRIEL SOSA-PÉREZ ET AL: "Reductions in road sediment production and road-stream connectivity from two decommissioning treatments", FOREST ECOLOGY AND MANAGEMENT, vol. 398, pages 116 - 129, XP085046911, DOI: 10.1016/j.foreco.2017.04.031 *
YARU JINGLE ET AL: "Effects of road and river networks on sediment connectivity in mountainous watersheds", SCIENCE OF THE TOTAL ENVIRONMENT, vol. 826, pages 1 - 12 *
张光辉: "从土壤侵蚀角度诠释泥沙连通性", 水科学进展, vol. 32, no. 2, pages 295 - 308 *
李杰;周全;李丹;: "GIS技术在丹江口库区水土保持规划中的应用", 人民长江, no. 11, pages 93 - 96 *
田佳;林孝松;喻莎莎;周李磊;: "山区公路沿线小流域划分及流域特征分析", 重庆交通大学学报(自然科学版), no. 03, pages 467 - 470 *
陈国清: "南流江流域泥沙空间分异及收支平衡研究", 中国优秀硕士学位论文全文数据库 基础科学辑, no. 2, pages 012 - 20 *

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