一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，其步驟包根據(jù)山地高程點(diǎn)數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型；基于數(shù)字高程模型進(jìn)行匯水分析提取山腳匯水區(qū)域；由降水量和土壤入滲率進(jìn)行山腳匯水量模擬計(jì)算；模擬水面形態(tài)，確定山腳水面規(guī)模布局。本發(fā)明運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)基于三維表面進(jìn)行匯水計(jì)算分析模擬，進(jìn)而為山腳水面規(guī)模分析提供了量化方法；本發(fā)明為水面形態(tài)模擬和布局工程實(shí)踐提供了理性的技術(shù)手段；本發(fā)明通過(guò)水面規(guī)模測(cè)算分析為防洪排澇和自然蓄水提供了數(shù)據(jù)支撐，有效實(shí)現(xiàn)了理性分析判斷，從而更好地輔助水利工程、城市規(guī)劃工程和景觀規(guī)劃工程實(shí)踐。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種規(guī)劃工程實(shí)踐的分析方法，特別是一種基于山地匯水計(jì)算的山腳 水面規(guī)模分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息處理技術(shù)的飛速發(fā)展，為滿足各種水利、景觀、規(guī)劃工程自 動(dòng)化的要求，三維信息技術(shù)逐漸在水利、景觀和規(guī)劃工程實(shí)踐領(lǐng)域受到重視。山地匯水分析 作為GIS三維表面分析的一種重要方法，利用三維表面包含豐富的空間信息來(lái)表達(dá)地形起 伏的特征信息，在此基礎(chǔ)上利用坡向地形分析從而進(jìn)行匯水分析，通過(guò)提取匯水范圍和計(jì) 算匯水量來(lái)確定山腳水面規(guī)模，為水利、規(guī)劃和景觀工程實(shí)踐中的水面規(guī)模形態(tài)布局提供 扎實(shí)的數(shù)據(jù)支撐。尤其在對(duì)重要山體防洪排澇和自然蓄水工程測(cè)算時(shí)，以及在進(jìn)行景區(qū)的 大型水面布局和設(shè)置水面形態(tài)、規(guī)模時(shí)，山地匯水點(diǎn)和匯水面面積的計(jì)算為其提供更加理 性的判斷及數(shù)據(jù)支撐。
[0003] 在水利、城市規(guī)劃和景觀規(guī)劃工程實(shí)踐中進(jìn)行水體測(cè)算時(shí)，傳統(tǒng)的方法多以二維 地形圖為基礎(chǔ)進(jìn)行測(cè)繪估算，而在水面布局和規(guī)模設(shè)置時(shí)，又以主觀臆斷的二維圖紙勾畫(huà) 為主，這些方法局限在二維平面圖紙上，并局限于人腦主觀思維下而進(jìn)行的空間再創(chuàng)造，缺 少理性的技術(shù)數(shù)據(jù)支撐，顯然不具說(shuō)服力。在水利、城市規(guī)劃和景觀規(guī)劃工程實(shí)踐中，缺乏 技術(shù)數(shù)據(jù)的理性分析支撐，尤其缺乏三維空間視角下對(duì)山腳匯水量和水面面積規(guī)模的模擬 測(cè)算方面的方法和應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題和不足，本發(fā)明的目的是：提供一種基于山地匯水計(jì)算的 山腳水面規(guī)模分析方法，在三維地形上進(jìn)行匯水計(jì)算分析，提取匯水范圍和計(jì)算匯水量，模 擬不同水深的水面形態(tài)，篩選理想形態(tài)進(jìn)而確定山腳水面規(guī)模。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:基于山地匯水計(jì)算的山腳水 面規(guī)模分析方法，包括以下步驟：
[0006] 1)根據(jù)山地高程點(diǎn)數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型；
[0007] 2)基于數(shù)字高程模型進(jìn)行匯水分析提取山腳匯水區(qū)域；
[0008] 3)基于降水量和土壤入滲率進(jìn)行山腳匯水量模擬計(jì)算；
[0009] 4)模擬水面形態(tài)，確定山腳水面規(guī)模布局。
[0010] 進(jìn)一步地，所述一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，其特征是步驟 1)根據(jù)山地高程點(diǎn)數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型，具體為：
[0011] 1.1)提取高程點(diǎn)數(shù)據(jù)：將需要進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的地形圖矢量文件導(dǎo)入 AutoCAD軟件中，設(shè)置坐標(biāo)系并分成不同的圖層類(lèi)型，將處理好的矢量數(shù)據(jù)dwg文件以dxf格 式進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0012] 1.2)將數(shù)據(jù)導(dǎo)入地理分析軟件：在ArcGIS地理分析軟件中創(chuàng)建新圖層，將建立數(shù) 字高程模型所需的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)圖層導(dǎo)入，設(shè)置圖層坐標(biāo)系。其他圖層導(dǎo)入后作為底圖圖層；
[0013] 1.3)創(chuàng)建數(shù)字高程模型之不規(guī)則三角網(wǎng)TIN表面:運(yùn)用ArcGIS中的三維分析模塊， 選擇Create TIN From Features(由要素創(chuàng)建TIN)命令。具體地，在對(duì)話框中選擇創(chuàng)建TIN 所要使用的要素圖層，選擇要使用的其它要素類(lèi)，再對(duì)每個(gè)要素類(lèi)選擇高程字段為高程點(diǎn) 數(shù)據(jù)圖層，選擇要素合成方式為多邊形，最后，設(shè)置輸出路徑及名稱(chēng)，得到地形柵格圖像。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟1.1)所述圖層類(lèi)型包括高程點(diǎn)數(shù)據(jù)圖層、等高線圖層、建筑及環(huán)境 圖層。
[0015] 進(jìn)一步地，所述一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，其特征是步驟 2) 基于數(shù)字高程模型進(jìn)行匯水分析提取山腳匯水區(qū)域，具體為：
[00?6] 2.1)坡向地形分析:在ArcGIS中選擇表面分析的坡向工具(Aspect )，具體地，選擇 輸入表面數(shù)據(jù)（Input surface)，指定輸出柵格單元大小，最后指定輸出路徑和文件名，得 到坡向分析結(jié)果并以彩色柵格圖像顯示。
[0017] 2.2)分析匯水水流方向：在坡向分析結(jié)果的基礎(chǔ)上采用D8算法(最大距離權(quán)落差） 來(lái)計(jì)算水流方向，具體地，運(yùn)用ArcGIS中水文分析的流向分析工具，在對(duì)話框中選擇輸入的 數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)TIN，指定輸出路徑和文件名，點(diǎn)擊確定后得到流向柵格圖像。
[0018] 2.3)計(jì)算劃分山腳主要匯水流域:運(yùn)用水文分析的盆域分析工具，以步驟1.3)得 到的地形柵格數(shù)據(jù)、步驟2.1)得到的坡向柵格和步驟2.2)得到的流向柵格數(shù)據(jù)為參數(shù)輸入 計(jì)算，指定輸出路徑和文件名，自動(dòng)計(jì)算后劃分出山腳主要匯水流域；。
[0019] 進(jìn)一步地，所述一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，其特征是步驟 3) 基于降水量和土壤入滲率進(jìn)行山腳匯水量模擬計(jì)算，具體為：
[0020] 3.1)計(jì)算年平均降水量:降水在重力作用下由高處匯入低洼地，降水量是匯水量 的主要來(lái)源，這里用年平均降水深來(lái)衡量平均降水量的大小，在本發(fā)明中以近5年的氣象統(tǒng) 計(jì)資料為依據(jù)，將年降水深統(tǒng)計(jì)加和后取平均值得到年平均降水深P，計(jì)算公式為：
[0022] (式中，P表示近5年的年平均降水深，單位為毫米;Pj表示第j年的年降水深，單位 為毫米。）
[0023] 3.2)計(jì)算不同植被覆蓋面和土質(zhì)類(lèi)型下的表面面積:按照研究區(qū)域內(nèi)植被覆蓋面 和土質(zhì)類(lèi)型將TIN表面劃分為不同類(lèi)型，再運(yùn)用ArcGIS的3D Analyst中的表面分析工具，具 體地，選擇表面分析工具中的面積與體積統(tǒng)計(jì)工具，在彈出的對(duì)話框中選擇輸入不同匯水 流域的TIN表面，設(shè)定參考平面的高程，指定輸出路徑和文件名后點(diǎn)擊計(jì)算分析得到不同植 被覆蓋面和土質(zhì)類(lèi)型下的表面面積A;
[0024] 3.3)由降水量和土壤入滲率模擬計(jì)算山腳匯水量:水文學(xué)中的地表徑流主要是降 水在重力的作用下，除直接蒸發(fā)、植物截留、土壤滲透等因素后得到的地表水流，即最大匯 水量，地表徑流的模擬計(jì)算直接決定水面規(guī)模大小和布局設(shè)置。通過(guò)對(duì)山地區(qū)域近五年的 降水分析計(jì)算出降水量，根據(jù)不同土地類(lèi)型的土壤入滲率模擬得到山腳地表徑流量大小， 模擬計(jì)算公式為：
[0026] 式中，W表示可利用地表徑流水量，單位為立方米;Ai表示第i種植被覆蓋面和土質(zhì) 類(lèi)型的水面下曲面面積，單位為平方米;P表示年平均降水深，單位為毫米;Ki表示第i種植 被覆蓋面和土質(zhì)類(lèi)型的土壤入滲率，單位為毫米/秒;Ti表示第i種植被覆蓋面和土質(zhì)類(lèi)型 的水量達(dá)到飽和容水量所需的時(shí)間，單位為秒。
[0027] 其中，土壤入滲率Ki和土壤滲水量達(dá)到飽和容水量所需的時(shí)間Ti均是根據(jù)研究區(qū) 域植被覆蓋面類(lèi)型和土質(zhì)類(lèi)型綜合分析而得。
[0028] 進(jìn)一步地，所述一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，其特征是步驟 4)模擬水面形態(tài)確定山腳水面規(guī)模布局，具體為：
[0029] 4.1)建立庫(kù)容曲線:運(yùn)用ArcGIS擴(kuò)展模塊3D Analyst實(shí)現(xiàn)庫(kù)容計(jì)算，具體地，選擇 表面分析工具中的面積與體積統(tǒng)計(jì)工具，在彈出的對(duì)話框中選擇輸入不同匯水流域的TIN 表面，設(shè)定參考平面的高程，選擇Calculate statistics above(計(jì)算所選表面之上的體 積），得到不同高程對(duì)應(yīng)的體積。由此建立匯水水深與匯水體積關(guān)系的庫(kù)容曲線，縱坐標(biāo)為 水位水深，橫坐標(biāo)為匯水體積即庫(kù)容；
[0030] 4.2)根據(jù)不同水深進(jìn)行水面形態(tài)模擬:根據(jù)庫(kù)容曲線由最大匯水量估算最大水 深，其中最大匯水量是能夠用于水面工程營(yíng)造的最大水量，即步驟3.4)模擬計(jì)算出的地表 徑流水量W，在庫(kù)容曲線上找出對(duì)應(yīng)最大庫(kù)容W的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)，得到匯水最大水深。由 最大水深以每米為遞減的水深來(lái)對(duì)水面形態(tài)進(jìn)行模擬，具體地，利用ArcGIS的Scene Control控件，選擇"視圖"菜單中的"三維視圖"，設(shè)置不同水深得到不同的水面形態(tài)模擬結(jié) 果；
[0031] 4.3)篩選理想的水面形態(tài)，進(jìn)而確定水面規(guī)模:利用相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)篩選理想的 水面形態(tài)，根據(jù)具體工程實(shí)踐需求來(lái)進(jìn)行選取評(píng)價(jià)指標(biāo)并進(jìn)行權(quán)重賦值，得到理想水面形 態(tài)后，根據(jù)對(duì)應(yīng)水深計(jì)算水面面積規(guī)模，計(jì)算公式為；
[0033]式中，S為水面面積，單位為平方米;V為理想水面形態(tài)對(duì)應(yīng)的匯水量即庫(kù)容，單位 為立方米;Η為理想水面形態(tài)對(duì)應(yīng)的匯水水深，單位為米。
[0034] 4.4)最終確定的水面形態(tài)還應(yīng)應(yīng)符合美學(xué)需求，形態(tài)布局應(yīng)盡量貼合山體等高線 走勢(shì)，以減少土方填挖量。
[0035] 進(jìn)一步地，步驟4.3)所述評(píng)價(jià)指標(biāo)有水面長(zhǎng)寬比、岸線長(zhǎng)度、岸線近圓率、形狀率、 分形維數(shù)。
[0036]有益效果：1.本發(fā)明運(yùn)用計(jì)算機(jī)信息技術(shù)基于三維表面進(jìn)行匯水計(jì)算分析模擬， 進(jìn)而為山腳水面規(guī)模分析提供了量化方法；
[0037] 2.本發(fā)明為水面形態(tài)模擬和布局工程實(shí)踐提供數(shù)據(jù)支撐和理性技術(shù)分析方法；
[0038] 3.本發(fā)明通過(guò)水面規(guī)模測(cè)算分析為防洪排澇和自然蓄水提供了數(shù)據(jù)支撐，有效實(shí) 現(xiàn)了理性分析判斷，從而更好地輔助水利工程、城市規(guī)劃工程和景觀規(guī)劃工程實(shí)踐。
【附圖說(shuō)明】
[0039] 圖1是本發(fā)明一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法的流程圖；
[0040] 圖2是基于高程點(diǎn)創(chuàng)建TIN表面工作原理示意圖；
[0041 ]圖3是某山地區(qū)域的TIN表面數(shù)字高程模型示意圖；
[0042] 圖4是某山地區(qū)域坡向分析柵格示意圖；
[0043] 圖5是某山地區(qū)域匯水流向柵格示意圖；
[0044] 圖6是某山地區(qū)域提取出的山腳匯水流域示意圖；
[0045] 圖7是某山地區(qū)域流域c庫(kù)容曲線示意圖；
[0046] 圖8是某山地區(qū)域模擬分析所得水面規(guī)模和形態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合某山地區(qū)域具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。
[0048] 如圖1所示，一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，具體步驟如下：
[0049] 1)根據(jù)某山地區(qū)域地形高程點(diǎn)數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型；
[0050] 1.1)將某山地區(qū)域的地形圖矢量文件導(dǎo)入AutoCAD軟件中，設(shè)置坐標(biāo)系并分成不 同的圖層類(lèi)型，這些圖層類(lèi)型包括高程點(diǎn)數(shù)據(jù)圖層、等高線圖層、建筑及環(huán)境圖層等。將處 理好的矢量數(shù)據(jù)dwg文件以dxf格式進(jìn)行存儲(chǔ)；
[0051 ] 1.2)在ArcGIS地理分析軟件中創(chuàng)建新圖層，將建立數(shù)字高程模型所需的高程點(diǎn)數(shù) 據(jù)圖層導(dǎo)入，設(shè)置圖層坐標(biāo)系。其他圖層導(dǎo)入后作為底圖圖層；
[0052] 1.3)運(yùn)用ArcGIS中的三維分析模塊，選擇Create TIN From Features(由要素創(chuàng) 建TIN)命令，圖2所示為由點(diǎn)創(chuàng)建TIN三角形表面原理示意圖。具體地，在對(duì)話框中選擇創(chuàng)建 TIN所要使用的要素圖層為無(wú)錫惠山高程點(diǎn)數(shù)據(jù)圖層，選擇要素合成方式為多邊形，設(shè)置輸 出路徑及名稱(chēng)，得到某山地區(qū)域的TIN表面數(shù)字高程模型及柵格圖像(圖3)。
[0053] 1.4)根據(jù)高程點(diǎn)繪制TIN表面總結(jié)某山地區(qū)域主要地形地貌特點(diǎn)：該山地山北山 勢(shì)陡峭一坡到底；山南有四條山脊，自北向南由高及低。主峰高533米，是該山地地區(qū)的制高 點(diǎn)。該地區(qū)地形高差變化較為明顯，相對(duì)高差最大處達(dá)到300多米。
[0054] 2)基于該山地區(qū)域的數(shù)字高程模型進(jìn)行匯水分析提取山腳匯水區(qū)域；
[0055] 2.1)在ArcGIS中選擇表面分析的坡向工具(Aspect)，具體地，選擇輸入表面數(shù)據(jù) (Input surf ace)為該山地地區(qū)TIN表面，指定輸出柵格單元大小，最后指定輸出路徑和文 件名，得到坡向分析結(jié)果并以彩色柵格圖像顯示（圖4)。坡向分析結(jié)果:該地區(qū)一座主峰橫 貫東西，將山地區(qū)域大致分為兩部分。主峰北坡坡向大都為東北方向以及北向；主峰南坡則 大都為南向以及西南方向。主峰山脊在最東端處發(fā)生轉(zhuǎn)折，山體為南北走向，因此出現(xiàn)一定 量坡向?yàn)闁|西方向的山坡。該區(qū)域西部的山體坡向大都為西向以及西北向。該區(qū)域南部山 體山脊則無(wú)明顯的走向，四個(gè)方向的坡向呈現(xiàn)出較為均等的形態(tài)。
[0056] 2.2)在坡向分析結(jié)果的基礎(chǔ)上運(yùn)用ArcGIS中水文分析的流向分析工具分析匯水 水流方向，在對(duì)話框中選擇輸入該區(qū)域的TIN數(shù)據(jù)和坡向分析結(jié)果，指定輸出路徑和文件 名，點(diǎn)擊確定后得到流向柵格圖像(圖5)。
[0057] 2.3)計(jì)算劃分山腳主要匯水流域:運(yùn)用水文分析的盆域分析工具，；在ArcGIS中運(yùn) 用水文分析的盆域分析工具，以步驟1.3)得到的地形柵格數(shù)據(jù)、步驟2.1)得到的坡向柵格 和步驟2.2)得到的流向柵格數(shù)據(jù)為參數(shù)輸入計(jì)算，指定輸出路徑和文件名，自動(dòng)計(jì)算后劃 分出山腳主要匯水流域，得到該山地區(qū)域五個(gè)主要匯水點(diǎn)，分別在北部、西部、東南部、西南 部和中間谷地(圖6);
[0058] 3)基于降水量和土壤入滲率進(jìn)行山腳匯水量模擬計(jì)算，具體地：
[0059] 3.1)獲取該山地區(qū)域近5年的氣象統(tǒng)計(jì)資料，加權(quán)五年降水深取平均值得到年平 均降水深為1029.3毫米。
[0060] 3.2)查閱資料獲取研究區(qū)域內(nèi)植被覆蓋面和土質(zhì)類(lèi)型，主要為自然林地、自然草 地、裸露石質(zhì)表面和人工林地四種類(lèi)型，將TIN表面按四種類(lèi)型進(jìn)行劃分，在ArcGIS的3D Analyst中選擇表面分析工具中的面積與體積統(tǒng)計(jì)工具，在彈出的對(duì)話框中選擇輸入不同 匯水流域的TIN表面，設(shè)定參考平面的高程，指定輸出路徑和文件名后點(diǎn)擊計(jì)算分析得到各 匯水流域下不同植被覆蓋面和土質(zhì)類(lèi)型下的表面面積；
[0061] 3.3)根據(jù)不同植被覆蓋面和土質(zhì)類(lèi)型模擬計(jì)算山腳地表徑流，得到五個(gè)匯水流域 的山腳地表徑流水量分別為:流域a為22572立方米，流域b為19213立方米，流域c為15900立 方米，流域d為17087立方米，流域e為10757立方米，流域f為5012立方米。
[0062] 4)模擬某山地區(qū)域水面形態(tài)，確定山腳水面規(guī)模布局，具體為：
[0063] 4.1)在ArcGIS的3D Analyst中選擇表面分析工具中的面積與體積統(tǒng)計(jì)工具，在彈 出的對(duì)話框中選擇輸入不同匯水流域的TIN表面，設(shè)定參考平面的高程，選擇Calculate statistics above，得到不同高程對(duì)應(yīng)的體積。由此建立匯水水深與匯水體積關(guān)系的庫(kù)容 曲線，縱坐標(biāo)為水位水深，橫坐標(biāo)為匯水體積即庫(kù)容，圖7所示為流域c匯水體積計(jì)算下建立 的庫(kù)容曲線圖。
[0064] 4.2)根據(jù)步驟3.4)模擬計(jì)算出的地表徑流水量，在庫(kù)容曲線上找出對(duì)應(yīng)最大庫(kù)容 的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)，得到匯水最大水深，流域a最大水深為5米，流域b最大水深為5米，流 域c最大水深為7米，流域d最大水深為6米，流域e為最大水深3米，流域f最大水深為3米。利 用ArcGIS的Scene Control控件在不同流域用不同水深來(lái)對(duì)水面形態(tài)進(jìn)行模擬，選擇"視 圖"菜單中的"三維視圖"，設(shè)置不同水深得到不同的水面形態(tài)模擬結(jié)果；
[0065] 4.3)利用水面長(zhǎng)寬比、岸線長(zhǎng)度、岸線近圓率、形狀率、分形維數(shù)等評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)篩 選理想的水面形態(tài)，計(jì)算得水面規(guī)模，其中流域a水面面積為15307平方米，流域b水面面積 為12420平方米，流域c水面面積為8811平方米，流域d水面面積為8072平方米，流域e水面面 積為5760平方米，流域f水面面積為1253平方米，如圖8所示。
[0066]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該 了解，本發(fā)明不受上述具體實(shí)施例的限制，上述具體實(shí)施例和說(shuō)明書(shū)中的描述只是為了進(jìn) 一步說(shuō)明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會(huì)有各種變化和 改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明要求保護(hù)的范圍由權(quán)利要 求書(shū)及其等效物界定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，其特征在于，包括W下步驟： 1) 根據(jù)山地高程點(diǎn)數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型； 2) 基于數(shù)字高程模型進(jìn)行匯水分析提取山腳匯水區(qū)域； 3) 基于降水量和±壤入滲率進(jìn)行山腳匯水量模擬計(jì)算； 4) 模擬水面形態(tài)，確定山腳水面規(guī)模布局。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，其特征在于： 步驟1)根據(jù)山地高程點(diǎn)數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型具體做法為： 1.1) 提取高程點(diǎn)數(shù)據(jù):將需要進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)范圍內(nèi)的地形圖矢量文件導(dǎo)入AutoCAD軟 件中，設(shè)置坐標(biāo)系并分成不同的圖層類(lèi)型，將處理好的矢量數(shù)據(jù)dwg文件Wdxf格式進(jìn)行存 儲(chǔ)； 1.2) 將數(shù)據(jù)導(dǎo)入地理分析軟件:在ArcGIS地理分析軟件中創(chuàng)建新圖層，將建立數(shù)字高 程模型所需的高程點(diǎn)數(shù)據(jù)圖層導(dǎo)入，設(shè)置圖層坐標(biāo)系;其他圖層導(dǎo)入后作為底圖圖層； 1.3) 創(chuàng)建數(shù)字高程模型之不規(guī)則Ξ角網(wǎng)TIN表面:運(yùn)用ArcGIS中的Ξ維分析模塊，選擇 化eate TIN From Features命令；具體如下：在對(duì)話框中選擇創(chuàng)建TIN所要使用的要素圖 層，選擇要使用的其它要素類(lèi)，再對(duì)每個(gè)要素類(lèi)選擇高程字段為高程點(diǎn)數(shù)據(jù)圖層，選擇要素 合成方式為多邊形，最后，設(shè)置輸出路徑及名稱(chēng)，得到地形柵格圖像。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，其特征在于： 步驟1.1)所述圖層類(lèi)型包括高程點(diǎn)數(shù)據(jù)圖層、等高線圖層、建筑及環(huán)境圖層。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，其特征在于： 步驟2)基于數(shù)字高程模型進(jìn)行匯水分析提取山腳匯水區(qū)域，具體過(guò)程為： 2.1) 坡向地形分析:在ArcGIS中選擇表面分析的坡向工具，具體如下:選擇輸入表面數(shù) 據(jù)，指定輸出柵格單元大小，最后指定輸出路徑和文件名，得到坡向分析結(jié)果并W彩色柵格 圖像顯示； 2.2) 分析匯水水流方向：在坡向分析結(jié)果的基礎(chǔ)上采用D8算法來(lái)計(jì)算水流方向，具體 如下:運(yùn)用ArcGIS中水文分析的流向分析工具，在對(duì)話框中選擇輸入的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù) TIN,指定輸出路徑和文件名，點(diǎn)擊確定后得到流向柵格圖像； 2.3) 計(jì)算劃分山腳主要匯水流域:運(yùn)用水文分析的盆域分析工具，W步驟1.3)得到的 地形柵格數(shù)據(jù)、步驟2.1)得到的坡向柵格和步驟2.2)得到的流向柵格數(shù)據(jù)為參數(shù)輸入計(jì) 算，指定輸出路徑和文件名，自動(dòng)計(jì)算后劃分出山腳主要匯水流域。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，其特征在于： 步驟3)基于降水量和±壤入滲率進(jìn)行山腳匯水量模擬計(jì)算具體為： 3.1) 計(jì)算年平均降水量：降水在重力作用下由高處匯入低法地，降水量是匯水量的主 要來(lái)源，運(yùn)里用年平均降水深來(lái)衡量平均降水量的大小，W近5年的氣象統(tǒng)計(jì)資料為依據(jù)， 將年降水深統(tǒng)計(jì)加和后取平均值得到年平均降水深P，計(jì)算公式為：式中，P表示近5年的年平均降水深，單位為毫米;門(mén)表示第j年的年降水深，單位為毫 米； 3.2) 計(jì)算不同植被覆蓋面和±質(zhì)類(lèi)型下的表面面積:按照研究區(qū)域內(nèi)植被覆蓋面和± 質(zhì)類(lèi)型將TIN表面劃分為不同類(lèi)型，再運(yùn)用ArcGIS的3D Analyst中的表面分析工具，具體如 下:選擇表面分析工具中的面積與體積統(tǒng)計(jì)工具，在彈出的對(duì)話框中選擇輸入不同匯水流 域的TIN表面，設(shè)定參考平面的高程，指定輸出路徑和文件名后點(diǎn)擊計(jì)算分析得到不同植被 覆蓋面和±質(zhì)類(lèi)型下的表面面積A; 3.3)由降水量和±壤入滲率模擬計(jì)算山腳匯水量:通過(guò)對(duì)山地區(qū)域近五年的降水分析 計(jì)算出降水量，根據(jù)不同±地類(lèi)型的±壤入滲率模擬得到山腳地表徑流量大小，模擬計(jì)算 公式為：式中，W表示可利用地表徑流水量，單位為立方米;Ai表示第i種植被覆蓋面和±質(zhì)類(lèi)型 的水面下曲面面積，單位為平方米;P表示年平均降水深，單位為毫米;Ki表示第i種植被覆 蓋面和±質(zhì)類(lèi)型的±壤入滲率，單位為毫米/秒;Ti表示第i種植被覆蓋面和±質(zhì)類(lèi)型的水 量達(dá)到飽和容水量所需的時(shí)間，單位為秒； 其中，±壤入滲率1(1和±壤滲水量達(dá)到飽和容水量所需的時(shí)間Ti均是根據(jù)研究區(qū)域植 被覆蓋面類(lèi)型和±質(zhì)類(lèi)型綜合分析而得。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，其特征在于： 步驟4)模擬水面形態(tài)確定山腳水面規(guī)模布局具體為： 4.1) 建立庫(kù)容曲線:運(yùn)用ArcGIS擴(kuò)展模塊3D Analyst實(shí)現(xiàn)庫(kù)容計(jì)算，具體如下：選擇表 面分析工具中的面積與體積統(tǒng)計(jì)工具，在彈出的對(duì)話框中選擇輸入不同匯水流域的TIN表 面，設(shè)定參考平面的高程，選擇化Iculate statistics above,得到不同高程對(duì)應(yīng)的體積； 由此建立匯水水深與匯水體積關(guān)系的庫(kù)容曲線，縱坐標(biāo)為水位水深，橫坐標(biāo)為匯水體積即 庫(kù)容； 4.2) 根據(jù)不同水深進(jìn)行水面形態(tài)模擬:根據(jù)庫(kù)容曲線由最大匯水量估算最大水深，其 中最大匯水量是能夠用于水面工程營(yíng)造的最大水量，即步驟3.4)模擬計(jì)算出的地表徑流水 量W，在庫(kù)容曲線上找出對(duì)應(yīng)最大庫(kù)容W的點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的縱坐標(biāo)，得到匯水最大水深；由最大水 深W每米為遞減的水深來(lái)對(duì)水面形態(tài)進(jìn)行模擬，具體地，利用ArcGIS的Scene Con化〇1控 件，選擇視圖菜單中的Ξ維視圖，設(shè)置不同水深得到不同的水面形態(tài)模擬結(jié)果； 4.3) 篩選理想的水面形態(tài)，進(jìn)而確定水面規(guī)模:利用相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)篩選理想的水面 形態(tài)，根據(jù)具體工程實(shí)踐需求來(lái)進(jìn)行選取評(píng)價(jià)指標(biāo)并進(jìn)行權(quán)重賦值，得到理想水面形態(tài)后， 根據(jù)對(duì)應(yīng)水深計(jì)算水面面積規(guī)模，計(jì)算公式為；式中，S為水面面積，單位為平方米;V為理想水面形態(tài)對(duì)應(yīng)的匯水量即庫(kù)容，單位為立 方米;Η為理想水面形態(tài)對(duì)應(yīng)的匯水水深，單位為米； 4.4) 最終確定的水面形態(tài)還應(yīng)符合美學(xué)需求，形態(tài)布局最大程度貼合山體等高線走 勢(shì)，W減少±方填挖量。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述一種基于山地匯水計(jì)算的山腳水面規(guī)模分析方法，其特征在于： 步驟4.3)所述評(píng)價(jià)指標(biāo)有水面長(zhǎng)寬比、岸線長(zhǎng)度、岸線近圓率、形狀率、分形維數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK106096129SQ201610404346
【公開(kāi)日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年6月12日
【發(fā)明人】楊俊宴, 陸小波
【申請(qǐng)人】東南大學(xué)