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专利号: 2022102117743
申请人: 河南大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种考虑道路影响的流域泥沙连通性评价方法,其特征在于,包括:步骤1、基于ArcGIS平台,进行数据的获取和处理;所述数据包括数字高程模型DEM数据、谷歌卫星影像数据、根据谷歌卫星影像数据目视解译得到的流域内道路网络与河流网络;

步骤2、利用ArcGIS平台,基于流域内DEM数据,运用空间分析中的坡度工具计算得到研究区坡度因子;

步骤3、计算相对平滑度指数作为权重因子,以反映山地森林地区土地覆盖和地表特征对泥沙连通性的影响;所述步骤3包括:以流域内DEM为基础,通过Spatial Analyst Tools中的表面分析‑坡度,计算流域内的坡度图层 ;随后 ,借助栅格计算器 ,通过地面粗糙 度的计算公式,即地得到粗糙度图层;然后,根据粗糙度指数与曼宁系数的关系式,计算得到曼宁系数:

0.3005ln(n)

Y=2.4234×e

式中:Y为地表粗糙度,n为曼宁系数;

随后,按照下式得到相对平滑度指数:

式中:nmin为曼宁系数的最小值;RS为相对平滑度指数,是一个无量纲数字,从0.0~1.0不等;

步骤4、以谷歌卫星影像数据矢量化得到的流域内道路网络为基础,基于ArcGIS平台,运用要素转栅格工具和重分类工具区分流域内的道路和其它土地利用类型,并将道路栅格赋值为0,其它土地利用类型赋值为1,进而生成道路掩膜图层;

步骤5、以流域内DEM数据为基础,基于ArcGIS平台,获取水流流向与汇流累积量图层;

步骤6、通过空间分析中的水流长度工具计算沿流路径从每个像元到栅格边上的汇点或出水口的下坡距离,并以流域泥沙传输的最终流向作为水流流向的栅格数据、作为权重栅格数据,从而得到下坡组分;所述步骤6包括:通过空间分析中的水流长度工具计算沿流路径从每个像元到栅格边上的汇点或出水口的下坡距离,并以流域泥沙传输的最终流向作为水流流向的栅格数据、作为权重栅格数据,得到下坡组分,具体公式如下:

式中:Ddn表示径流和泥沙沿路线到达指定流域出水口或沟道的可能性;di为研究单元到泥沙汇的距离;Wi是第i个单元的权重因子,此处用相对平滑度指数代替;Si是第i个单元的坡度因子;

借助栅格计算器工具为上述计算结果为0的栅格单元赋值;

步骤7、借助汇流累积量工具分别以相对平滑度指数和坡度为权重栅格数据,计算不同权重栅格数据下的汇流累积量,根据不同权重栅格数据下的汇流累积量,通过栅格计算器工具计算上坡平均权重因子和上坡平均坡度,从而得到上坡组分;所述步骤7包括:借助汇流累积量工具分别以相对平滑度指数和坡度为权重栅格数据,计算不同权重栅格数据下的汇流累积量,即FlowRS和FlowS;随后根据FlowRS和FlowS,通过栅格计算器工具计算上坡平均权重因子和上坡平均坡度,并根据下式、借助栅格计算器,计算得到上坡组分:式中:Dup表示上坡的连通分量,决定了上坡产生的径流和泥沙向下游流动的潜力; 是上坡贡献面积的平均权重因子,代表山区森林流域径流和泥沙在输移过程中可能遇到的阻抗;为上坡贡献区域面积的平均坡度; 为上坡的贡献面积;

步骤8、通过栅格计算器工具中的Log10函数,计算得到泥沙连通性指数。

2.根据权利要求1所述的一种考虑道路影响的流域泥沙连通性评价方法,其特征在于,所述步骤1中按照如下方式得到流域内道路网络与河流网络:利用ArcGIS平台,基于2m分辨率的谷歌卫星影像数据,在Catalog下新建要素类型为折线的矢量图层,调用编辑器在编辑命令下描绘谷歌卫星影像数据中呈现的所有道路,描绘完成后点击编辑器下的“保存编辑内容”与“停止编辑”,即生成道路网络;重复上述步骤,生成河流网络。

3.根据权利要求1所述的一种考虑道路影响的流域泥沙连通性评价方法,其特征在于,所述步骤2还包括:通过栅格计算器工具为坡度=0的栅格字段赋值为0.005。

4.根据权利要求1所述的一种考虑道路影响的流域泥沙连通性评价方法,其特征在于,所述步骤5包括:步骤5.1、以流域DEM数据为基础,利用ArcGIS平台的填洼工具先对DEM进行填洼处理,随后运用空间分析工具中的水流流向工具提取DEM填洼后的水流方向,即FlowDir1;

步骤5.2、通过栅格计算器工具,将道路掩膜图层叠加到起始FlowDir1上,即道路掩膜*FlowDir1,从而得到路网影响下的水流流向,即FlowDir2;

步骤5.3、基于路网影响下的FlowDir2,运用空间分析中的汇流累积量工具计算栅格单元所流经的水量大小,即汇流累积量FlowACC1;

步骤5.4、根据FlowACC1,通过栅格计算器工具,结合矢量化河网确定阈值,从而提取流域河网掩膜图层;再次通过栅格计算器,将河网掩膜图层叠加在FlowDir2上,得到流域泥沙传输的最终流向,即FlowDir3;

步骤5.5、利用汇流累积量工具得到水流流向FowDir3的汇流累积量,即FlowACC2;利用栅格计算器,使FlowACC2每个栅格的汇流累积量值+1,得到最终的汇流累积量图层,即FlowACC3。