[发明专利]一种基于地貌参数的流域最优流速的测算方法

说明书

本发明公开了一种基于地貌参数的流域最优流速的测算方法，以X个面积大小不一的流域数字高程模型数据和各流域T场历史洪水资料为数据基础；采用大地测量方法获得X个流域的地形高程数据，将地形高程数据转换为ENVI格式栅格数据；利用ENVI格式栅格数据进行地貌参数提取；收集X个流域的历史洪水资料，每个流域收集T场历史洪水，基于历史洪水资料反演率定出各流域的最优表征流速；利用Spearman相关系数法及随机森林算法筛选出最显著地貌参数；探求X个流域的最优表征流速和最显著地貌参数间数值关系并建立回归模型，通过模型计算得到的流域最优流速与最优表征流速等价。利用本发明所构建的回归模型即可实现基于地貌参数测算流域最优流速这一操作。

技术领域

本发明涉及水文技术领域，特别是一种基于地貌参数的流域最优流速的测算方法。

背景技术

无资料或资料匮乏区的汇流计算是产汇流理论研究中的一个难点，也是当前中小河流治理及山洪灾害研究中的一个核心问题。经过长期探索，水文学家和地貌学家均发现，流域汇流过程除了受控于降水特性外，与流域下垫面的地形地貌条件存在着明显的因果关系。基于这一发现，Rodriguez-Iturbe、Gupta等人最早提出了地貌瞬时单位线(GIUH)理论并探讨了河网地貌形态对流域汇流的影响，引起了国内外学者的广泛关注。自地貌瞬时单位线被理论被提出后，针对其中一个重要因素——流域平均汇流速度，即流域最优速度的研究尚显不足，大大限制了GIUH理论在无资料流域径流计算中的实际效果。部分研究中仅凭经验给出了一个近似的流速，另有部分研究则采用了Eagleson-Bras经验公式，但针对无资料流域，无论是净雨强度还是流域平均糙率系数都是无法直接获取的因子。Jotish等人利用计算流域滞时的Kirpich经验公式推导出了一个与河长及坡度有关的流速计算公式，但仅在印度的一个流域加以测试，是否具有通用性值得探讨。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于地貌参数的流域最优流速的测算方法，其具有数据来源稳定可信，计算过程快速便捷，结果实用有效等特点，能更准确快速地确定流域上的地貌单位线，从而有利于无资料或缺资料地区的洪水计算工作。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种基于地貌参数的流域最优流速的测算方法，包括以下步骤：

步骤1、采用大地测量方法获得X个流域的地形高程数据，将地形高程数据转换为ENVI格式栅格数据，X为选取流域个数，X100；

步骤2、利用ENVI格式栅格数据进行地貌参数提取；

步骤3、收集步骤1中X个流域的历史洪水资料，每个流域收集T场次，T30，利用这些历史洪水资料反演率定出各流域的最优表征流速，记之为V₀；

步骤4、利用Spearman相关系数法及随机森林算法对步骤2中地貌参数进行筛选，同时综合流域尺度效应，得到最高级河长与流域面积为最显著地貌参数；

步骤5、探求X个流域的最优表征流速和最显著地貌参数间数值关系并建立回归模型，如下式：

式中，V_c为回归模型中流域最优流速，A为流域面积，L_Ω为最高级河长，通过式(1)，即基于地貌参数快捷准确获取流域最优流速。

作为本发明所述的一种基于地貌参数的流域最优流速的测算方法进一步优化方案，步骤1中将地形高程数据转换为ENVI格式栅格数据，均在ArcGIS软件中操作处理，具体包括以下步骤：

1.1、导入地形高程数据；

1.2、输入流域控制站点坐标，确定位于主河道上的流域控制断面坐标和流域所在地理位置；

1.3、新建Shapefile面文件，根据流域位置以矩形方式截取流域范围；