[發(fā)明專利]平原復雜河網(wǎng)縱向水系連通度的計算、評價方法及裝置

在審

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• 申請日: 2021-12-07
• 公開（公告）號: CN114491920A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發(fā)明（設計）人: 鄧金運;岳紅艷;林家業(yè)
• 申請（專利權(quán)）人: 武漢大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06Q10/06;G06Q50/26;G06F113/08
• 代理公司: 武漢科皓知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 俞琳娟

本發(fā)明提供提供平原復雜河網(wǎng)縱向水系連通度的計算、評價方法及裝置，考量多因素對連通度的綜合影響且對不同河網(wǎng)均有較強的適用性。計算方法包括：步驟1.構(gòu)建河網(wǎng)圖模型；步驟2.表征節(jié)點間連通水平：基于河道中水體動量來表征河網(wǎng)圖G的邊權(quán)值，以此體現(xiàn)河道的動態(tài)輸水能力與連通水平；構(gòu)造連通度因子作為河網(wǎng)圖的邊權(quán)值，用于表征節(jié)點間連通水平的好壞；步驟3.計算河網(wǎng)加權(quán)連通度：對于無邊直接相連，但能通過多條邊間接相連的節(jié)點，采用矩陣乘法計算節(jié)點間連通度；任意兩河流節(jié)點間的連通度用節(jié)點間連通度的平均值表示；河網(wǎng)整體的加權(quán)連通度用所有節(jié)點連通度的平均值表示。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于水系連通度計算領域，具體涉及平原復雜河網(wǎng)縱向水系連通度的計算、評價方法及裝置。

背景技術(shù)

河網(wǎng)連通作為區(qū)域防洪、供水和生態(tài)安全的重要基礎，在應對水旱災害、優(yōu)化水資源配置和改善河湖健康狀況等方面均具有重要作用。對于河網(wǎng)連通性的描述較為復雜，涉及歷史地理學、景觀生態(tài)學、離散數(shù)學、水文學、河流動力學等多個學科的內(nèi)容，對河網(wǎng)連通性的定量評價一直是水環(huán)境評價的難點。

已有對于河網(wǎng)縱向連通性定量評價方法的研究主要從兩個方面開展。一是基于景觀生態(tài)學理論的評價指標，多數(shù)計算方法需要借助于GIS平臺，描述研究區(qū)域內(nèi)各斑塊之間的相對關(guān)系，或是側(cè)重于評價面積、河長等一些數(shù)量上的關(guān)系，還有一部分評價指標如環(huán)度指數(shù)、節(jié)點連接率等，從河道個數(shù)與節(jié)點數(shù)的相對關(guān)系出發(fā)，側(cè)重于評價河網(wǎng)結(jié)構(gòu)方面的優(yōu)劣。但是上述各種方法，只從數(shù)量和結(jié)構(gòu)的角度出發(fā)，并沒有反映河網(wǎng)在功能上的連通性。另一方面，上述方法只描述了河網(wǎng)靜態(tài)的連通水平，并不能體現(xiàn)河網(wǎng)的動態(tài)輸水能力，對于一些連而不通的河道連通度評價有失偏頗。二是基于改進圖論的河網(wǎng)連通度評價方法，其中有兩種方法較為成熟并且應用較多。一是結(jié)合水文模擬，以流量作為水量傳輸能力指標，通過構(gòu)造連通因子獲得加權(quán)鄰接矩陣，在圖論中計算河網(wǎng)的連通度；二是基于水力學原理，構(gòu)造水流阻力指標并將其賦權(quán)到河網(wǎng)圖的鄰接矩陣中，通過計算加權(quán)連通度對河網(wǎng)連通性作出評價。但是上述方法在實際計算過程中尚存在如下一些問題：一方面上述方法針對不同河網(wǎng)的適用性不盡相同，前者在針對流量稍大的河網(wǎng)進行連通度計算時，其連通因子不能明顯反映出各流量下節(jié)點間連通度的區(qū)別，因此，其對大流量下河網(wǎng)的連通性評價沒有參考價值；后者在針對河道較長的河網(wǎng)進行連通度計算時，由于邊權(quán)值過小，通過矩陣乘法運算得出的節(jié)點間連通度呈指數(shù)衰減，導致通過多個中間節(jié)點相連的兩頂點間連通度對于河網(wǎng)整體連通度幾乎沒有影響。另一方面，上述兩種方法僅考慮了單一因素對河網(wǎng)連通度的影響，沒有反映出河道、水流等要素對河網(wǎng)連通度的綜合效應。

因此，目前已有的河網(wǎng)縱向連通性定量評價方法還存在較大改進空間，尚未有能考量多因素對連通度的綜合影響且對不同河網(wǎng)普遍適用的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決上述問題而進行的，目的在于提供平原復雜河網(wǎng)縱向水系連通度的計算、評價方法及裝置，考量多因素對連通度的綜合影響且對不同河網(wǎng)均有較強的適用性。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用了以下方案：

計算方法

本發(fā)明提供平原復雜河網(wǎng)縱向水系連通度的計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1.構(gòu)建河網(wǎng)圖模型；

步驟2.表征節(jié)點間連通水平：

基于河道中水體動量來表征河網(wǎng)圖G的邊權(quán)值，以此體現(xiàn)河道的動態(tài)輸水能力與連通水平；單位時間內(nèi)通過某一斷面的水體動量表示為：

p＝mv＝ρQtv∝Qv (1)

式中，Q為通過斷面的流量，v為斷面平均流速；v流速用反映河道坡度、斷面形態(tài)和河道糙率的相關(guān)參數(shù)表征為式(2)：

式中，n為曼寧糙率系數(shù)，R為河道水力半徑，S_f為摩阻坡度；