一种水文连通度评价方法与流程

本发明涉及湿地水文技术领域，具体为一种水文连通度评价方法。

背景技术：

在平原河网水文连通性评价方法中，考虑到水流双向流、河道宽度、深度、长度和糙率系数等对连通性的影响，基于水流阻力与图论的水系连通度评价对平原河网水系较为适用。

基于水流阻力与图论的水系连通度计算是基于水系特点和图论相关理论，对水系进行数学概化，即将水系以图的方式简明描述，利用arcgis平台和dem模型实现其表述，在此基础上，建立图的邻接矩阵，水流阻力倒数用于表征水流通畅度，从而进行顶点水流畅通度计算和连通度分析，可用于评估湿地健康、优化湿地生态修复工程、定量分析水系连通程度等。

基于水流阻力与图论的水文连通度评价是现有水系连通度研究的重要方法，但在连通度动态性展现、空间尺度连通度比较与分级上未能以直观方式整体呈现，在连通度多尺度协同评价上稍有欠缺。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供了一种水文连通度评价方法，解决了上述背景技术中提出的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种水文连通度评价方法，所述该水文连通度评价方法具体包括以下步骤：

(1)建立河网图模型：

在google-earth中进行目视解译，以usgs官网中遥感影像图作为参考，人工标注提取出不同年份的河网图；

将河道/潮沟汇合点、边界条件和源头看成图的顶点，河道/潮沟看成边，建立河网图模型；

(2)边权值计算：

用相邻顶点间河道的水流阻力h倒数为权值得到加权邻接矩阵r；

根据google-earth中标尺功能得到河道/潮沟的底宽、长度，收集现有勘测数据得到水深，参考河道设计规范及相关研究成果获得曼宁糙率和边坡系数；

(3)水文连通度评价：

建立水流通畅度矩阵f＝(fij)n×n，fij为相邻顶点之间水流通畅度最大值，即fij＝maxwij；

任一顶点的水流通畅度di用fij平均值表示，即i≠j；

根据顶点水文连通度计算结果，进行空间分析得到区域水文连通度面状分布图，并对水文连通度进行梯度分级；

研究范围内某区域的加权连通度d可由区域内顶点水流通畅度di平均值i＝1，2，...，n表示。

可选的，所述建立河网图模型的具体方法如下：用邻接矩阵w＝(wij)n×n表示河网图g，wij是相邻顶点之间的关系，即边权值，这时w为加权邻接矩阵；

当相邻顶点之间无边直接相连或i＝j时，wij＝0；当有多条边相连时，wij表示两点之间边的权值之和。

可选的，所述河网图模型构建过程中，以google-earth遥感影像图为主要依据，利用地理信息系统进行人工目视解译，可实现对于河道/潮沟的精准判定。

可选的，所述河网图模型构建过程中，选用不同季节的影像图进行解译，

得以对同一年份不同时间，以及不同年份相同时间上的水文连通格局进

行更为具体、精确的评价。

可选的，所述边权值计算中，水流阻力的计算采用以下公式：式中，n为曼宁糙率系数，b为河道底宽，h为水深，m为边坡系数。

可选的，所述水文连通度评价中，通过样条函数插值法对区域水文连通格局进行模拟推测，相对于其他空间分析方法，样条函数插值法对水文连通整体格局可进行较为精准、美观的呈现，根据具体问题，在评价水系连通性动态特征以外，可兼顾空间尺度连通度整体展现及局部对比。

可选的，所述水文连通度评价中，采用自然间断点分级法(jenks)对空间分析结果进行分级，可确保各级别之间的差异最大化，根据不同分级数的结果，选择合适的梯度数为最终分级标准。

可选的，所述该水文连通度评价方法采用样条函数插值法进行空间分析。

可选的，所述该水文连通度评价方法通过自然间断点分级法(jenks)对空间分析结果进行分级。

本发明的优点在于：本发明所提供了一种水文连通度评价方法，首先利用地理信息系统、遥感影像、文献资料等进行数据采集与处理，构建河网图模型，然后通过算法计算出河网交点水文连通度，通过样条函数插值法对区域水文连通格局进行模拟推测，相对于其他空间分析方法，样条函数插值法对水文连通格局可进行较为精准、美观的呈现，采用自然间断点分级法(jenks)对空间分析结果进行分级，可确保各级别之间的差异最大化。本发明在传统方法的基础上，多方法耦合提供出一种水文连通度评价方法，可根据具体问题，针对水系动态特征，进行时间尺度水文连通度计算，并得以兼顾空间尺度连通度整体展现及局部对比，适应多尺度协同和动态变化的需求。

附图说明

图1为本发明流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种水文连通度评价方法，该水文连通度评价方法具体包括以下步骤：

(1)建立河网图模型：

在google-earth中进行目视解译，以usgs官网中遥感影像图作为参考，人工标注提取出不同年份的河网图；

将河道/潮沟汇合点、边界条件和源头看成图的顶点，河道/潮沟看成边，建立河网图模型；

建立河网图模型的具体方法如下：用邻接矩阵w＝(wij)n×n表示河网图g，wij是相邻顶点之间的关系，即边权值，这时w为加权邻接矩阵；

当相邻顶点之间无边直接相连或i＝j时，wij＝0；当有多条边相连时，wij表示两点之间边的权值之和；

河网图模型构建过程中，以google-earth遥感影像图为主要依据，利用地理信息系统进行人工目视解译，可实现对于河道/潮沟的精准判定；

河网图模型构建过程中，选用不同季节的影像图进行解译，得以对同一年份不同时间，以及不同年份相同时间上的水文连通格局进行更为具体、精确的评价；

(2)边权值计算：

用相邻顶点间河道的水流阻力h倒数为权值得到加权邻接矩阵r；

根据google-earth中标尺功能得到河道/潮沟的底宽、长度，收集现有勘测数据得到水深，参考河道设计规范及相关研究成果获得曼宁糙率和边坡系数；

边权值计算中，水流阻力的计算采用以下公式：式中，n为曼宁糙率系数，b为河道底宽，h为水深，m为边坡系数；

(3)水文连通度评价：

建立水流通畅度矩阵f＝(fij)n×n，fij为相邻顶点之间水流通畅度最大值，即fij＝maxwij；

任一顶点的水流通畅度di用fij平均值表示，即i≠j；

根据顶点水文连通度计算结果，进行空间分析得到区域水文连通度面状分布图，并对水文连通度进行梯度分级；

研究范围内某区域的加权连通度d可由区域内顶点水流通畅度di平均值i＝1，2，...，n表示；

水文连通度评价中，通过样条函数插值法对区域水文连通格局进行模拟推测，相对于其他空间分析方法，样条函数插值法对水文连通整体格局可进行较为精准、美观的呈现，根据具体问题，在评价水系连通性动态特征以外，可兼顾空间尺度连通度整体展现及局部对比；

水文连通度评价中，采用自然间断点分级法(jenks)对空间分析结果进行分级，可确保各级别之间的差异最大化，根据不同分级数的结果，选择合适的梯度数为最终分级标准；

该水文连通度评价方法采用样条函数插值法进行空间分析；

该水文连通度评价方法通过自然间断点分级法(jenks)对空间分析结果进行分级。

综上所述，该水文连通度评价方法，首先利用地理信息系统、遥感影像、文献资料等进行数据采集与处理，构建河网图模型，然后通过算法计算出河网交点水文连通度，通过样条函数插值法对区域水文连通格局进行模拟推测，相对于其他空间分析方法，样条函数插值法对水文连通格局可进行较为精准、美观的呈现，采用自然间断点分级法(jenks)对空间分析结果进行分级，可确保各级别之间的差异最大化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。