CN115964855B - 一种基于水工程及水文站的子流域划分方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种基于水工程及水文站的子流域划分方法，包括：S1.获取河流数据并处理；S2.对处理后的河流数据进行烧制；S3.基于烧制后的河流数据提取水文因子；S4.基于所述水文因子，获取水工程及水文站监测断面；S5.基于所述监测断面，划分子流域。本申请以DEM为基础，结合水工程及水文站位置信息进行子流域划分，将每个水工程及水文站划分为一个单独的子流域，保证子流域范围划分的正确性，并在自然汇流关系基础上，将影响洪水预报成效的水工程和水文站等对象作为水流关系网络的划分节点，实现了以自然汇流关系为主的河流关系向顾及水工程和水文站的河流拓扑关系的构建。
Description
技术领域
本申请属于水文数据处理技术领域，具体涉及一种基于水工程及水文站的子流域划分方法。
背景技术
在构建分布式水文模型和数字流域的应用中，子流域划分是洪水预报系统的基础数据，现有的流域主要是以自然地形地貌为基础，进行河流自然汇流的流域划分，尚无针对水库、水闸、水文站等水利工程设施的子流域划分，这可能导致无法识别水工程及水文站对河流的调节及监测能力等问题，难以满足水工程等水利信息精细化的业务需求。
发明内容
本申请提出了一种基于水工程及水文站的子流域划分方法，以DEM为基础，结合水工程及水文站位置信息进行子流域划分，将每个水工程及水文站划分为一个单独的子流域，保证子流域范围划分的正确性，并在自然汇流关系基础上，将影响洪水预报成效的水工程和水文站等对象作为水流关系网络的划分节点，实现了以自然汇流关系为主的河流关系向顾及水工程和水文站的河流拓扑关系的构建。
为实现上述目的，本申请提供了如下方案：
一种基于水工程及水文站的子流域划分方法，包括以下步骤：
S1.获取河流数据并处理；
S2.对处理后的河流数据进行烧制；
S3.基于烧制后的河流数据提取水文因子；
S4.基于所述水文因子，获取水工程及水文站监测断面；
S5.基于所述监测断面，划分子流域。
优选的，所述S1包括：数据整合、坐标转换、拓扑处理、数据检查及修改。
优选的，所述S2包括：采用栅格单流向方法，删除多流向河道，确保每条河流有一个出水口。
优选的，所述S2还包括：把已有的自然河流数据烧入DEM，将河流所在的像元在地形中形成一条汇水的渠道。
优选的，所述S3包括：基于烧制的河流数据，通过填洼、计算水流方向、汇流累积量和河流的源头，设定阈值提取模拟河网、汇流点、汇流网络及初始流域分割数据。
优选的，所述设定阈值采用试错法。
优选的，所述S4包括：利用栅格汇流累计量信息，将水工程及水文站转换为栅格矩阵作为监测断面。
优选的，所述S5包括：以监测断面为公共出水口，计算模拟河网汇集到公共出水口的上坡区域，建立自然流域与水工程及水文站之间的关联关系。
本申请的有益效果为：
本申请公开了一种基于水工程及水文站的子流域划分方法，该方法以DEM为基础，结合水工程及水文站位置信息进行子流域划分，将每个水工程及水文站划分为一个单独的子流域，保证子流域范围划分的正确性，并在自然汇流关系基础上，将影响洪水预报成效的水工程和水文站等对象作为水流关系网络的划分节点，实现了以自然汇流关系为主的河流关系向顾及水工程和水文站的河流拓扑关系的构建。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面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是本申请的一些实施例，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为本申请实施例的基于水工程及水文站的子流域划分方法的流程示意图；
图2为本申请实施例的自然河流烧入DEM示意图；
图3为本申请实施例的水工程及水文站子流域示意图；
图4为本申请实施例的又一水工程及水文站子流域示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
为使本申请的上述目的、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申请作进一步详细的说明。
如图1所示，为本申请实施例的基于水工程及水文站的子流域划分方法的流程示意图；
本申请使用的数字高程模型采用SRTM30米格网DEM数据；自然水系数据采用全国水利一张图水系数据；水工程及水文站采用国家重点大中型水库和控制水文站数据；平面坐标采用国家大地坐标系WGS84；投影方式采用6度分带的高斯-克吕格投影；高程基准采用1985国家高程基准。
S1.获取河流数据并处理；包括数据整合、坐标转换、拓扑处理、数据检查及修改；数据检查是指对水工程及水文站位置信息及自然河流连通性进行检查修改，保证自然河流畅通且水工程及水文站座落在河流上，检查水工程及水文站位置信息、检查水库湖泊内部结构线、检查地下河流及伏流段连通性等步骤，保证自然河流畅通且水工程及水文站座落在河流上。
S2.对处理后的河流数据进行烧制；由于利用栅格单流向算法，直接用自然河流烧入数字高程模型DEM所生成的汇流网络可能会出现流向错误的现象，特别是有交织或叠加相交的河流区域。
而本实施例中通过对自然河流流向进行编辑，在不破坏河网整体结构、主河道流向正确和连通性的情况下，删除分洪渠道、人工修建的灌溉、引水沟渠以及改造河道等多流向河道，确保每条河流只有一个出水口，使自然河流呈现多河流汇入单河流情况，再以数字高程模型DEM栅格范围为参数，将自然河流转换为栅格矩阵并烧入数字高程模型DEM，所得到的汇流网络较好的表达了汇流结构特征，待模拟河网提取结束后，通过人工手动添加被删除的分洪及人工渠道，保证水流方向的准确性。
如图2所示，S3.基于烧制后的河流数据提取水文因子；以烧入河流后的无洼地DEM为基础，利用D8算法计算中心栅格与相邻的8个栅格的距离权落差，获取距离权落差最大的栅格为中心栅格流出方向的栅格矩阵，根据水流方向栅格矩阵计算流入每个下坡像元的所有像元数的累积之和，得到栅格的汇流累积量。
通过试错法设定合适的阈值来区分流域坡面和河道的特征，所有汇流累积量超过此阈值的规则网格都将定义为河网，汇流累积量不足此阈值将定义为流域坡面。
以实际水系密度作为标准，逐渐增大上坡像元数量，对比分析在不同阈值下提取生成的河网，使其提取的结果与区域实际水系情况相符。利用STRAHLER河网分级方法并对流量的径流进行交互连接，通过对栅格线状网络交汇点分配唯一值，获取出水口、交汇点、汇流网络信息提取模拟河网，利用河流网络交汇点确定流域坡面，提取初始的流域分割数据。
S4.基于水文因子，获取水工程及水文站监测断面；利用模拟河网栅格矩阵，将水工程及水文站转换为矢量点，为每个要素点寻找与模拟河网距离最近的交点位置，将坐标附加到要素点并替换现有对象进行自动位置校正。
根据水工程及水文站所属河流属性，判断汇流方向，结合初始流域坡面趋势，判断是否将水工程及水文站作为出水口。
汇流关系确认的具体方式为：当同一条河流上多个矢量点空间距离小于500米时，将编码属性合并，用“,”隔开，只保留一个矢量点作为出水口；当不同河流上的多个矢量点空间距离小于500米时，保留所有矢量点作为出水口；当矢量点与模拟河网交汇点空间距离小于500米时不作为出水口，直接采用初始流域的分割数据为汇流方向，同时将矢量点编码属性标记到模拟河网交汇点属性。结合汇流累计量栅格矩阵和校正位置后的水工程及水文站矢量点，提取分水岭边界上的最低点，为确保选择的累积流量栅格是由上游区域贡献的流量，需要在矢量点周围50米范围内找到累积流量最大值，并将水工程及水文站移动到该位置，输出整型栅格矩阵作为子流域划分的监测断面。
如图3所示，S5.基于监测断面，划分子流域；以监测断面为公共出水口，监测断面ID作为赋值的字段，依次根据流向栅格矩阵进行遍历，由出水口沿着汇流网络进行追踪，识别有汇集到公共出水口使其集中排放的上坡区域，直到遇到下一个出水口或无上游栅格流入为结束，将此流域坡面赋值为该监测断面ID编号。
待所有监测断面遍历结束后，通过对矢量数据的融合处理，可得到每一个水工程及水文站对应的子流域范围，结合初始流域分割数据进行叠加分析，为所有河段、交汇点、子流域分配唯一编码，将流域坡面标记为河段子流域属性，水工程及水文站标记为交汇点断面属性，并利用模拟河网流向信息进行追溯遍历，建立自然流域与水工程及水文站之间的关联关系，如图4所示。
以上所述的实施例仅是对本申请优选方式进行的描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于水工程及水文站的子流域划分方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.获取河流数据并处理；
S2.对处理后的河流数据进行烧制；
S3.基于烧制后的河流数据提取水文因子；以实际水系密度作为标准，逐渐增大上坡像元数量，对比分析在不同阈值下提取生成的河网，使其提取的结果与区域实际水系情况相符；利用STRAHLER河网分级方法并对流量的径流进行交互连接，通过对栅格线状网络交汇点分配唯一值，获取出水口、交汇点、汇流网络信息提取模拟河网，利用河流网络交汇点确定流域坡面，提取初始的流域分割数据；
S4.基于所述水文因子，获取水工程及水文站监测断面；利用模拟河网栅格矩阵，将水工程及水文站转换为矢量点，为每个要素点寻找与模拟河网距离最近的交点位置，将坐标附加到要素点并替换现有对象进行自动位置校正；
S5.基于所述监测断面，划分子流域；以监测断面为公共出水口，监测断面ID作为赋值的字段，依次根据流向栅格矩阵进行遍历，由出水口沿着汇流网络进行追踪，识别有汇集到公共出水口使其集中排放的上坡区域，直到遇到下一个出水口或无上游栅格流入为结束，将此流域坡面赋值为该监测断面ID编号；待所有监测断面遍历结束后，通过对矢量数据的融合处理，得到每一个水工程及水文站对应的子流域范围，结合初始流域分割数据进行叠加分析，为所有河段、交汇点、子流域分配唯一编码，将流域坡面标记为河段子流域属性，水工程及水文站标记为交汇点断面属性，并利用模拟河网流向信息进行追溯遍历，建立自然流域与水工程及水文站之间的关联关系；
所述S1包括：数据整合、坐标转换、拓扑处理、数据检查及修改；数据检查是指对水工程及水文站位置信息及自然河流连通性进行检查修改，检查水工程及水文站位置信息、检查水库湖泊内部结构线、检查地下河流及伏流段连通性步骤，保证自然河流畅通且水工程及水文站座落在河流上；
所述S2包括：采用栅格单流向方法，删除多流向河道，确保每条河流有一个出水口；
所述S2还包括：把已有的自然河流数据烧入DEM，将河流所在的像元在地形中形成一条汇水的渠道；
所述S4包括：利用栅格汇流累计量信息，将水工程及水文站转换为栅格矩阵作为监测断面；结合汇流累计量栅格矩阵和校正位置后的水工程及水文站矢量点，提取分水岭边界上的最低点，为确保选择的累积流量栅格是由上游区域贡献的流量，需要在矢量点周围50米范围内找到累积流量最大值，并将水工程及水文站移动到该位置，输出整型栅格矩阵作为子流域划分的监测断面。
2.根据权利要求1所述的基于水工程及水文站的子流域划分方法，其特征在于，所述S3包括：基于烧制的河流数据，通过填洼、计算水流方向、汇流累积量和河流的源头，设定阈值提取模拟河网、汇流点、汇流网络及初始流域分割数据。
3.根据权利要求2所述的基于水工程及水文站的子流域划分方法，其特征在于，所述设定阈值采用试错法。
4.根据权利要求1所述的基于水工程及水文站的子流域划分方法，其特征在于，所述S5包括：以监测断面为公共出水口，计算模拟河网汇集到公共出水口的上坡区域，建立自然流域与水工程及水文站之间的关联关系。
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Legal Events
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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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