一种DEM栅格单元大小对汇水区提取影响机理的评价方法与流程

本发明涉及一种基于dem栅格单元大小对汇水区提取影响的评价方法，属于地理信息技术领域。

背景技术：

数字高程模型dem是按照规则格网将区域空间切分为若干个规则的格网单元，每个格网单元对应一个底面高程值。汇水区是分布式水文地表积涝模拟的基本单元，汇水区划分不同对暴雨积涝模拟结果具有重要影响。arcgis水文分析模块可以通过流向分析、汇流累积量计算、水流长度计算、流域分割等关键环节进行汇水区提取。其中汇流累积量是根据研究区地形的水流方向数据计算每点处所流过的水量数值，再将每个栅格数值与栅格面积相乘，得到每个栅格水流体积，即汇水量。在利用水文分析工具进行研究区汇水区提取时，当dem栅格单元大小不同，进行汇水区提取的四个关键环节，即流向提取、流量计算、水流长度计算、流域分割时，每一步都会产生变化，进而会对下一步产生影响，并且最终对汇水区的提取产生不同程度的影响。现有算法指出模拟效果最好的dem高程空间分辨率，但是在进行水流方向提取、汇流累积量的计算、水流长度计算、流域分割时，栅格单元大小的改变对汇水区的提取的影响评价方法并不明确。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种更为直接的dem栅格单元大小会汇水区提取影响机理的评价方法。

本发明采用的技术方案为：一种dem栅格单元大小对汇水区提取影响机理的评价方法，包括以下步骤：

步骤一：将研究区的dem栅格单元调整为不同大小。

步骤二：对栅格单元大小不同的dem数据，利用arcgis水文分析工具分别进行水流方向提取计算、汇水量计算、水流长度计算、流域分割计算以及汇水区的提取。

步骤三：比较栅格单元大小不同时，水流方向提取结果、汇水量计算结果、水流长度计算结果的最大值、最小值、标准差变化情况，以及进行分割后，流域的个数和面积、标准差变化情况。

步骤四：由步骤三的比较，得到栅格单元大小不同的情况下，流向、汇水量、水流长度、流域分割的变化幅度。

步骤五：进行汇水区划分。比较最终汇水区的个数、汇水区的最大和最小面积、平均面积、标准差。评价栅格单元大小不同的情况下，水流方向、汇流累积量、水流长度、流域分割对汇水区提取的影响程度。

本发明的有益效果：本发明使用不同大小的栅格单元，通过分析水流方向、汇流累积量、水流长度、流域分割在不同栅格单元大小情况下的变化程度，实现在栅格单元大小不同的情况下，水流方向、汇流累积量、水流长度、流域分割对汇水区提取的影响程度的评价。

说明：本发明中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

附图说明

图1为不同大小栅格单元dem(单位：米)；

图2为不同大小栅格单元水流方向提取结果对比图(其中，1：东，2：东南，4：南，8：西南，16：西，32：西北，64：北，128：东北)。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

假设三组数据分别是栅格单元边长为30米的dem、栅格单元边长为50米的dem、和栅格单元为100米的dem，利用这三组数据实现dem栅格单元大小不同时对汇水区提取影响的评价方法。

步骤一：将研究区的dem栅格单元调整为不同大小。

本示例中，将研究区栅格单元边长调整为为30米、50米、和100米，如图1。

步骤二：对栅格单元大小不同的dem数据，利用arcgis水文分析工具分别进行水流方向提取计算、汇水量计算、水流长度计算、流域分割计算以及汇水区的提取。

本示例中，利用arcgis水文分析工具，首先对栅格单元分别为30米、50米、100米的dem数据进行填洼，然后利用流向、流量、水流长度、盆域分析工具条，分别提取水流方向，计算汇水量、水流长度，划分流域。

步骤三：比较栅格单元大小不同时，水流方向提取结果、汇水量计算结果、水流长度计算结果的最大值、最小值、标准差变化情况，以及进行分割后，流域的个数和面积、标准差变化情况。

流向提取结果比较：当研究区的栅格单元大小变化时，各个流向值的栅格数量的多少变化为图2所示。并且，随着栅格单元大小的继续减小，各个流向值的栅格数量多少的顺序保持稳定，没有变化。

汇水量计算结果比较：栅格单元大小不同时，栅格汇水量的变化结果如表1所示。

表1不同大小栅格单元汇水量计算结果对比(单位：立方米)

水流长度计算结果比较：当栅格单元大小改变时，水流长度变化幅度比较大。表2为不同栅格单元大小，水流长度计算的最大值、最小值、值为0的区域所占百分比、平均值以及标准差。

表2不同大小栅格单元水流长度计算结果对比(单位：米)

流域分割结果比较：当栅格单元大小变化时，流域分割的最大值、最小值、流域数量、最大流域面积、平均流域面积、标准差变化如表3所示。

表3不同大小栅格单元流域分割结果对比(单位：平方米)

步骤四：由步骤三的比较，得到栅格单元大小不同的情况下，流向、汇水量、水流长度、流域分割的变化幅度。

本示例中，通过步骤三的比较，得出结论：栅格单元变大时，水流流向变化较小，研究区的汇水量差异变大，水流长度差异变小，导致流域分割结果的差异变小。

步骤五：进行汇水区划分。比较最终汇水区的个数、汇水区的最大和最小面积、平均面积、标准差。评价栅格单元大小不同的情况下，水流方向、汇流累积量、水流长度、流域分割对汇水区提取的影响程度。

本示例中，利用分水岭工具条，划分汇水区。表4为栅格单元大小不同时，汇水区数量、最大值、最小值、最大汇水区面积、最下汇水区面积、平均面积、标准差的比较结果。

表4不同大小栅格单元汇水区划分结果对比(单位：平方米)

在进行汇水区提取时，当栅格单元变大，因为研究区的水流长度、流域分割计算结果差异变小，说明区域差异不明显，最终导致汇水区的面积减小，汇水区的个数也减少；当栅格单元变小，研究区的水流长度、流域分割计算结果差异变大，说明区域差异更加明显，汇水区的面积变大，汇水区的个数也相应增加。

说明：本实施示例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。