[發明專利]一種基于盆域分析和泰森多邊形的雨水管網子匯水區劃分方法

在審

• 申請號: 202110905551.2
• 申請日: 2021-08-06
• 公開（公告）號: CN113609683A
• 公開（公告）日: 2021-11-05
• 發明（設計）人: 王昊;初祁;周晉軍
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 張立改

一種基于盆域分析和泰森多邊形的雨水管網子匯水區劃分方法，屬于市政工程技術領域。融合了盆域分析和泰森多邊形法，將地形因素納入子匯水區劃分過程，有效提高了復雜地形下雨水管網子匯水區劃分精度，并可以應用在大范圍區域的雨水管網系統自動、批量劃分子匯水區。與傳統的泰森多邊形法相比，劃分精度高；與人工手動劃分方法相比，操作簡單、節省時間和精力。

技術領域

本發明屬于市政工程技術領域，是一種充分考慮地形的城市雨水管網子匯水區劃分方法，尤其是雨水管網模型構建過程中的高效、精確的子匯水區劃分方法。

背景技術

子匯水區劃分是城市雨水管網模型構建的關鍵步驟，其劃分結果對城市雨水管網模擬精度有較大影響。目前，我國各地城市化進程發展加快，地表不透水面積增加，極端暴雨事件頻發，從而導致內澇災害激增。內澇模擬是解決城市內積水災害問題的重要手段，而高精度的城市雨水管網模型是模擬城市內澇災害的重要基礎。城市雨水管網模型利用城市降雨、地形、管線工程等基礎數據，模擬城市內的產流及匯流過程，得到城市管網的排水能力及淹沒狀況。在雨水管網模型中，子匯水區劃分會影響管網節點處的雨水入流過程以及管道內的雨水匯流過程，進而影響模型的模擬精度。為提高城市雨水管網模型精度，需要合理劃分子匯水區。

城市雨水管網子匯水區劃分方法中以泰森多邊形法運用最為廣泛。泰森多邊形法一般采用管網節點或者出水口作為子匯水區劃分據點得到管網子匯水區。然而泰森多邊形法劃分子匯水區存在未考慮地形因素的局限性，過于均分匯水區，導致與實際匯水范圍存在一定的偏差。因此，基于盆域分析和泰森多邊形的雨水管網子匯水區劃分方法將盆域分析和泰森多邊形法相結合，充分考慮地形因素，能夠批量、準確劃分雨水管網子匯水區，提高雨水管網模型精度。

發明內容

為解決城市雨水管網子匯水區劃分不精確問題，提出一種基于盆域分析和泰森多邊形的雨水管網子匯水區劃分方法，有助于提高雨水管網子匯水區劃分精度。

一種基于盆域分析和泰森多邊形的雨水管網子匯水區劃分方法，包括：初級匯水區劃分、初級匯水區的修定和雨水管網子匯水區詳細劃分。具體實現方法如下：

1)依據高分辨率的數字高程模型柵格數據進行盆域分析，劃分初級匯水區：

①地形填洼處理；為避免地形數據中有人為因素導致的地形誤差而形成不合理水流方向的情況，需對錯誤的低洼點進行填洼處理；運用DEM Manipulation中的Fill sink工具對DEM柵格數據進行填洼處理；

②流向分析；根據每個DEM柵格的最陡坡方向，運用D8流向原理即水從最陡坡路徑由高處流向低處原理，連通各像元流向柵格；運用Flow Direction工具完成區域的流向分析；

③流量分析；基于流向分析后，統計每個像元流向柵格的累計匯流流量值；運用Flow Accumulation計算流量；

④地表徑流分級處理；基于匯流累積量數據設定閾值，利用所設定的閾值對匯流量大于閾值的柵格設定為1,而小于或等于閾值的柵格設定為無數據，由柵格計算器可得到柵格徑流網絡。在ArcMap里加載水流方向數據和柵格徑流數據，在Arc Toobox中選擇分級工具，ArcGIS的水文分析提供兩種常用分級方法:Strahler分級和Shreve分級。本發明采用Strahler分級方法，運用Stream Definition和Stream Segmentation工具，最終對整個區域分析并生成一個新的城市徑流分級柵格圖層；

⑤地表徑流網矢量化；以分級后的徑流為依據劃分地表徑流范圍；運用CatchmentGrid Delineation工具劃定地表徑流網絡邊界線；

⑥生成盆域；地表徑流網絡邊界線所包含的區域即為上游匯流區域，形成初級匯水區；運行Catchment Polygon Processing工具最終將城市劃分為若干盆域即本文的初級匯水區。