CN115950397A - 一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法 - Google Patents

一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法 Download PDF

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寇烨
宋超
张劲
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Abstract

本发明公开了一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法，所述方法包括：在无资料地区的天然河道，以1：10000及以上高精度地形图和最近1‑3年的时序高清遥感影像地形数据为基础，对调查区域内的河段进行断面剖分和概化，对断面处的设计洪水进行计算，最终根据断面分析成果和设计洪水计算成果，结合上下游地形实现对各设计洪水频率下淹没水面线的分析计算；解决了传统外业调查范围广、工作量大导致的成本高、效率低的问题，将以前小尺度下的淹没分析提高到较大尺度。

Description

一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法
技术领域
本发明属于防洪技术领域，尤其涉及一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法。
背景技术
水旱灾害为六大灾害之一，由水利部门负责实施。按照部门分工，水利部门负责水旱灾害致灾孕灾风险要素调查、洪水灾害重点隐患调查与评估、水旱灾害风险评估与区划等工作。针对中小河流调查评估工作实施内容中的外业调查、资料分析、沟道断面测量及分析计算等方面工作；以往的山洪灾害调查评价与防洪城镇的防洪安全调查评估工作，主要是以现场沟道断面测量和普查调研为主，需大量的时间和经费进行支撑，调查数据较为准确，但外业调查范围广、工作量大，以及地方人员及资金配备不足，导致很多地方出现调研速度缓慢，任务实施较为困难、效率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法，实现对中小河流山洪灾害河道断面及防洪城镇控制断面的调查复核工作，提升评价效率以及节省人力和物力。
本发明的技术方案是：
一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法，所述方法包括：在无资料地区的天然河道，以1：10000及以上高精度地形图和最近1-3年的时序高清遥感影像地形数据为基础，对调查区域内的河段进行断面剖分和概化，对断面处的设计洪水进行计算，最终根据断面分析成果和设计洪水计算成果，结合上下游地形实现对各设计洪水频率下淹没水面线的分析计算。
对调查区域内的河段进行断面剖分和概化的方法包括：利用1:10000及以上高精度地形数据，将河道断面进行剖分，获取河道水面以上的横断面数据，根据水面以上地形数据向下趋势延伸得到水面以下的横断面趋势数据。
对调查区域内的河段进行断面剖分和概化方法包括：根据时序高清遥感影像地形数据，利用遥感分析技术得到不同时间河道水面宽度，通过洪水预报模型计算得到相同时间的平均流量数据。
对调查区域内的河段进行断面剖分和概化方法包括：通过土壤植被数据及已获取到的河槽宽度下的过流量，采用水文计算方法，概化水下断面形状，结合河道水上地形断面及水下趋势延伸断面，即得完整的河道横断面。
设计洪水计算的方法为：就相应的控制断面按上下游五百米进行断面剖分，根据剖分的断面进行不同频率的设计洪水计算，按二年一遇、五年一遇、十年一遇、二十年一遇、五十年一遇和一百年一遇的频率分别计算河段的设计洪水；
当300km2＜F≤1000km2，设计洪峰流量计算公式为：
Figure BDA0004024951840000021
式中：Qm为洪峰流量，m3/s；r为汇流系数，r＝0.056；f为流域形状系数，f＝F/L2；J为主河道坡降，‰；F为流域集水面积，km2；C为洪峰径流系数；Kp为设计频率P的P－Ⅲ型曲线的模比系数；
Figure BDA0004024951840000031
为最大24h降水量均值，mm。
对各设计洪水频率下淹没水面线的分析计算的方法包括：就相应的控制断面进行水位流量关系和洪水分析计算，获取控制断面不同频率洪水的洪峰流量、设计水位和水面线信息，根据上下游三个断面分别计算不同频率的设计水面线。
淹没范围分析方法包括：根据水面线及地形数据，按二年一遇、五年一遇、十年一遇、二十年一遇、五十年一遇和一百年一遇的频率计算不同频率的淹没范围。
水面以下的横断面的计算方法为：
将水面以下断面概化为“v”字形，采用曼宁公式反算得到水下断面；
Figure BDA0004024951840000032
式中：Q为流量(m3/s)；N为河床糙率；A为相应水位过水断面面积(m2)；R＝A/X；R为水力半径(m)，X为湿周(m)；
J为水力坡降。
它还包括：根据计算出的各控制断面以上流域不同频率的设计洪水，计算实测断面和遥感分析断面遭遇相同频率的洪峰流量时对应的水位绝对误差及水深相对误差。
本发明有益效果：
本发明在已有的山洪灾害调查评价资料基础上，利用不同时段的高清卫星影像图及较高精度的地形、土壤植被等数据，将大数据技术与水文分析计算相结合，进行河道横断面和设计洪水推算，然后结合上下游地形得到各设计洪水频率下淹没水面线，在大尺度下实现从流量预报到水位预报，以及快速洪水淹没范围分析，为洪水灾害防治和应急管理工作提供风险信息和科学决策依据。解决了中小河流传统外业调查范围广、工作量大导致的成本高、效率低的问题，将以前小尺度下的淹没分析提高到较大尺度；实现对中小河流山洪灾害河道断面及防洪城镇控制断面的调查复核工作，提升评价效率以及节省人力和物力。
具体实施方式
本发明针对现阶段对中小河流繁重的山洪灾害调查复核和城镇防洪安全调查及评估，工作提出基于较高精度地形及时序遥感影像与水文计算相结合的新技术，实现对中小河流山洪灾害河道断面及防洪城镇控制断面的调查复核工作，提升调查评价效率以及节省人力、资金成本。
本发明方法包括：在无资料地区的天然河道：以1：10000及以上高精度地形图和最近1-3年的时序高清遥感影像数据为基础，在无资料地区的天然河道，对调查区域内的河段进行断面剖分和概化，并采用《贵州省暴雨洪水手册》对断面处的设计洪水进行分析，最终根据断面分析成果和设计洪水计算成果，结合上下游地形实现对各设计洪水频率下淹没水面线的分析计算，为淹没分析、洪涝影响分析和风险图绘制提供数据支撑。
利用1:10000及以上高精度地形数据，将河道断面进行剖分，获取河道水面以上的横断面数据，根据水面以上地形数据向下趋势延伸，得到水面以下的横断面趋势数据。
收集和整理时序高清遥感影像图，利用遥感分析技术，得到不同时间河道水面宽度，通过洪水预报模型计算得到相同时间的平均流量数据。
通过现有的土壤植被数据及已获取到的河槽宽度下的过流量，采用水文计算方法，概化水下断面形状。结合河道水上地形断面及水下趋势延伸断面，即得完整的河道横断面。
设计洪水计算
就相应的控制断面按上下游五百米进行断面剖分，根据剖分的断面进行不同频率的设计洪水计算，按二年一遇、五年一遇、十年一遇、二十年一遇、五十年一遇、一百年一遇的频率分别计算河段的设计洪水。
当300km2＜F≤1000km2，设计洪峰流量计算公式为：
Figure BDA0004024951840000051
式中：Qm为洪峰流量，m3/s；r为汇流系数，r＝0.056；f为流域形状系数，f＝F/L2；J为主河道坡降，‰；F为流域集水面积，km2；C为洪峰径流系数；Kp为设计频率P的P－Ⅲ型曲线的模比系数；
Figure BDA0004024951840000052
为最大24h降水量均值，mm。
水面线推算
就相应的控制断面进行水位流量关系和洪水分析计算，获取控制断面不同频率洪水的洪峰流量、设计水位和水面线等信息。根据上下游三个断面，分别计算不同频率的设计水面线。
淹没范围分析
根据水面线及地形数据，按二年一遇、五年一遇、十年一遇、二十年一遇、五十年一遇、一百年一遇的频率计算不同频率的淹没范围，将最终成果以电子制图方式展示。
将水面以下断面概化为“v”字形，采用曼宁公式反算得到水下断面。
Figure BDA0004024951840000061
式中：Q—流量(m3/s)；
n—河床糙率；
A—相应水位过水断面面积(m2)；
R＝A/X；R—水力半径(m)，X—湿周(m)；
J—水力坡降。
由于实测断面与遥感分析断面的高程基准不统一，将遥感分析断面的河底高程与实测断面对齐。
评价方法
对研究断面进行评价分析，首先根据雨洪法计算出各控制断面以上流域不同频率的设计洪水，计算实测断面和遥感分析断面遭遇相同频率的洪峰流量时对应的水位绝对误差及水深相对误差。
本发明基本能实现在不用人工实测的情况下，得到无资料地区沟道横断面数据，并根据断面数据及流域其他参数对流域进行洪水计算和水面线推算等水文计算。

Claims (9)

1.一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法，其特征在于：所述方法包括：在无资料地区的天然河道，以1：10000及以上高精度地形图和最近1-3年的时序高清遥感影像地形数据为基础，对调查区域内的河段进行断面剖分和概化，对断面处的设计洪水进行计算，最终根据断面分析成果和设计洪水计算成果，结合上下游地形实现对各设计洪水频率下淹没水面线的分析计算。
2.根据权利要求1所述的一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法，其特征在于：对调查区域内的河段进行断面剖分和概化的方法包括：利用1:10000及以上高精度地形数据，将河道断面进行剖分，获取河道水面以上的横断面数据，根据水面以上地形数据向下趋势延伸得到水面以下的横断面趋势数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法，其特征在于：对调查区域内的河段进行断面剖分和概化方法包括：根据时序高清遥感影像地形数据，利用遥感分析技术得到不同时间河道水面宽度，通过洪水预报模型计算得到相同时间的平均流量数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法，其特征在于：对调查区域内的河段进行断面剖分和概化方法包括：通过土壤植被数据及已获取到的河槽宽度下的过流量，采用水文计算方法，概化水下断面形状，结合河道水上地形断面及水下趋势延伸断面，即得完整的河道横断面。
5.根据权利要求1所述的一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法，其特征在于：设计洪水计算的方法为：就相应的控制断面按上下游五百米进行断面剖分，根据剖分的断面进行不同频率的设计洪水计算，按二年一遇、五年一遇、十年一遇、二十年一遇、五十年一遇和一百年一遇的频率分别计算河段的设计洪水；
当300km2＜F≤1000km2，设计洪峰流量计算公式为：
Figure FDA0004024951830000021
式中：Qm为洪峰流量，m3/s；r为汇流系数，r＝0.056；f为流域形状系数，f＝F/L2；J为主河道坡降，‰；F为流域集水面积，km2；C为洪峰径流系数；Kp为设计频率P的P－Ⅲ型曲线的模比系数；
Figure FDA0004024951830000022
为最大24h降水量均值，mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法，其特征在于：对各设计洪水频率下淹没水面线的分析计算的方法包括：就相应的控制断面进行水位流量关系和洪水分析计算，获取控制断面不同频率洪水的洪峰流量、设计水位和水面线信息，根据上下游三个断面分别计算不同频率的设计水面线。
7.根据权利要求6所述的一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法，其特征在于：淹没范围分析方法包括：根据水面线及地形数据，按二年一遇、五年一遇、十年一遇、二十年一遇、五十年一遇和一百年一遇的频率计算不同频率的淹没范围。
8.根据权利要求2所述的一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法，其特征在于：水面以下的横断面的计算方法为：
将水面以下断面概化为“v”字形，采用曼宁公式反算得到水下断面；
Figure FDA0004024951830000031
式中：Q为流量(m3/s)；N为河床糙率；A为相应水位过水断面面积(m2)；R＝A/X；R为水力半径(m)，X为湿周(m)；
J为水力坡降。
9.根据权利要求1所述的一种基于遥感大数据的中小河流淹没范围计算方法，其特征在于：它还包括：根据计算出的各控制断面以上流域不同频率的设计洪水，计算实测断面和遥感分析断面遭遇相同频率的洪峰流量时对应的水位绝对误差及水深相对误差。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117371210A (zh) * 2023-10-13 2024-01-09 上海勘测设计研究院有限公司 小流域河道淹没统计方法、系统、介质及装置

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN117371210A (zh) * 2023-10-13 2024-01-09 上海勘测设计研究院有限公司 小流域河道淹没统计方法、系统、介质及装置

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