[发明专利]基于河道断面坡度值的Mann-Kendall突变检验的河道宽度提取方法

说明书

本发明公开了一种基于河道断面坡度值的Mann‑Kendall突变检验的河道宽度提取方法，包括以下主要步骤：基于DEM数据计算得到坡度栅格；在坡度栅格的基础上构建坡度值的点阵；数字化河道中心线；沿河道中心线布设河道断面基线；结合坡度点矩阵，在河道断面基线上进行坡度值突变检验，判定河道栅格；结合河道栅格以及断面基线与水平方向的夹角计算断面宽度。本发明具有数据来源稳定可靠、计算效率高、结果客观合理等优点，有利于流域河道宽度的快速估算和提取。

技术领域

本发明属于水文技术领域，具体涉及一种基于河道断面坡度值的Mann-Kendall突变检验的河道宽度提取方法。

背景技术

随着遥感、地理信息以及数字流域等技术的发展，基于栅格数字高程模型(DEM，Digital Elevation Model)的分布式水文模型以其充分考虑降雨和下垫面条件空间变化的特点，现已成为流域水文模型的发展趋势，尤其是在地形复杂的山区性中小流域中，分布式水文模型比传统的不能考虑流域内地形变化的集总式模型更有优势。在构建分布式的水文模型时，通常将流域划分为若干个正交的网格，以每一个网格作为计算单元。在每一个计算单元中通过产流模型计算产生的径流，然后按照一定的汇流顺序逐单元进行汇流计算，在汇流计算中十分重要的一环就是河道演算。当采用水力学方法进行河道演算时需要知道每一个栅格单元的河道宽度，这也是分布式水文模型建模的重点和难点之一。

为了进一步促进流域水文模型的发展，需要更深入研究河道宽度的计算方法。

在水流的长期作用下，河床有可能达到与所在河段的水力条件相应的平衡状态。在这种平衡状态下水深、河宽、比降等各种河相物理量之间可能存在某种稳定的函数关系，称之为河相关系。国内外的许多学者对河相关系开展过广泛的研究，这些研究中河宽的提取方法大致可以分为两类：一类在常规的河道水文数据的基础上，将河道宽度与断面常年的流量、输沙量等水文要素之间建立起经验性质的统计关系，即统计拟合法，这类方法主要基于数据之间的统计分析，进而拟合出河道宽度与所选水文要素之间的函数关系。该方法较为简单，因而开展研究的时间也较早。近十年来，随着地理信息系统的完善以及遥感技术的发展，出现了基于遥感影像来提取河道宽度的新方法。这一类方法不再基于河道宽度与某个或多个因子之间的函数关系，而在遥感影像上对河道所占的栅格进行识别与提取，直接对河道的宽度进行测量。结合这一类的方法的特点，可以将其称之为影像测量法。

统计拟合法原理简单，易于操作，但是经验性较强，难以取得一个普遍的通用公式，因此局限性较大。与河宽建立函数关系的最为主要而普遍的因子为上游集水面积，一般认为该因子与河道宽度成正相关系，集水面积越大，则河道越宽，即河道从上游至下游会因为集水面积的不断增大而逐渐加宽，然而这与实际并不相符，实际情况下，下游的局部河段的河道宽度也会小于上游。影像测量法具有形象直接、不受地域限制的特点。但是影像测量法主要基于河道水面像素与河道两侧坡地像素的差异来提取河道宽度，由于卫星影像易受到云层的影响，为得到全图清晰的影像，需要将多幅不同时间点的卫星图片和航拍图片拼接，因此无法避免不同时期水动力条件的变化对河道宽度提取结果的影响。因而对河道宽度估算的不准确限制了河道宽度这个参数在分布式建模中的应用，不利于国内分布式水文模型的发展。

针对以上不足，如何提出一种综合两种方法的优点，符合客观实际，能够结合有限的资料简便可靠地估算河道断面宽度的新方法，正是发明人需要解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的不足，本发明提供了一种基于河道断面坡度值的Mann-Kendall突变检验的河道宽度提取方法，本发明具有数据来源稳定可靠、计算效率高、结果客观合理等优点，有利于流域河道宽度的快速估算和提取，值得推广。

为解决上述问题，本发明具体采用以下技术方案：

一种基于河道断面坡度值的Mann-Kendall突变检验的河道宽度提取方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，基于DEM数据计算得到坡度栅格；