[发明专利]一种基于DEM的汇水区临界雨量计算方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于DEM的汇水区积水临界面雨量计算方法，属于测绘、地理信息技术类。

背景技术

在城市内涝风险评估中，需要评价汇水区的积水深度的临界面雨量，即某一汇水区在积水达到某一深度时，在该区域下了多少毫米的雨。

汇水区临界面雨量对于汇水区积涝预测具重要意义，传统计算汇水区积水临界面雨量往往采用统计分析方法，即通过若干样点建立积水深度与降雨量的回归分析方程，通过回归方程计算不同积水深度的临界面雨量，但是这种方法需要大量灾害调查样点，而合乎要求的灾害样点在短时间内难以收集齐全，同时计算结果也存在较大误差，因此并不能满足城市内涝监测预警需求。

(注：汇水区是指依据地形、水流方向计算形成的水文计算单元，一个区域往往由若干个汇水区组成；DEM(DigitalElevationModel，数字高程模型)是一定范围内规则格网点的平面坐标(X，Y)及其高程(Z)的数据集，它主要是描述区域地貌形态的空间分布。在本发明中，指利用汇水区高程点经过插值形成的汇水区内每个规则网格都包含一个高程数据的栅格数据集，其中网格边长确定后即确定了每个网格面积。)

雨水落到地面后会有两个去向：

1、地表渗流：经过土壤、植被渗透到地下，这一部分雨水不参与积涝；

2、地表径流：指雨水经过渗流后留在地表的雨水量，通常这一部分雨水称之为径流量，用降雨量乘以径流系数(留在地表的雨水量与总降雨量的比值，相关规范中对地表不同地类的径流系数有参考值)获得。地表径流一部分通过汇水区排水系统(管网、沟渠)排走，超出汇水区排水能力的径流量将由高向低在汇水区内部集聚，形成地表积涝。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种基于DEM的汇水区临界雨量计算方法，该方法根据以上原理，在已知汇水区积水深度情况下反算降雨量，在实际应用中，当预测到相同量级的降雨后，即可预估汇水区会产生相同的积涝积水深度。

本发明采用的技术方案为：一种基于DEM的汇水区临界雨量计算方法，包括以下步骤：

步骤1：遍历汇水区DEM栅格，查找积涝最低点的高程值h_min(单位：m，不含江河、湖泊等水系)；

步骤2：设汇水区最大积水深度为△h(单位：m)，计算积水高程H＝h_min+△h(单位：m)；

步骤3:计算DEM的每个栅格积水深度△h_i＝H-h_i(单位：m，其中h_i为每个栅格的高程值)；

步骤4:设区域平均排水能力为d(单位：m)，计算每个DEM栅格上径流量取q_i＝△h_i+d(单位：m)；

步骤5:计算汇水区积水总量(单位：m³；s为DEM栅格面积，单位为m²)；

步骤6:计算汇水区降水总量R＝Q/α(α为径流系数，无量纲)；

步骤7:利用汇水区降水总量计算汇水区降雨量：t＝1000*R/(n*s)(单位：m)，n为汇水区DEM栅格数量，t即为汇水区积水深度为△h(单位：m)时的临界面雨量。

本发明的有益效果：1、本发明原理是在已知汇水区积水深度情况下反算降雨量，在定量的基础上进行临界雨量的计算，免去了以往人工采集积涝深度进行回归分析的人为误差，使计算结果更为科学合理；

2、本发明便于利用GIS来实现，栅格计算是GIS的基本功能，步骤1、3和5都可以直接在GIS属性表中利用GIS统计计算功能直接批量计算得到；

3、计算结果可基于GIS实现可视化表达。

具体实施方式

下面以一个汇水区为例求积水深度为0.1m时的降雨量。该汇水区原始DEM数据如表1所示，DEM栅格边长为30m，每个栅格面积为900m²，整个汇水区的总面积为57600m²。该汇水区径流系数α＝0.87。

一种基于DEM的汇水区临界雨量计算方法，包括以下步骤：

步骤1：遍历汇水区DEM栅格(表1)，查找积涝最低点的高程值h_min＝4.12m；