[发明专利]基于ArcGIS水文分析工具网格演算次序编码方法

说明书

本发明涉及基于ArcGIS水文分析工具网格演算次序编码方法，包括：确定网格尺寸，得到网格水流方向，进行河道网格和子流域划分，子流域编码，汇流层编码，层内顺序编码，流入网格编码和河道编码。通过本发明的编码方法，可以实现网格型水文模型的产汇流计算，编码规则将流域各个子流域赋以不同的标识值，方便并行计算，在编码过程中区分了河道网格和非河道网格，且网格之间的水力联系仅发生在相邻层之间，在计算过程方便通过编码规则按照拓扑关系查找计算过程中出现的问题。

技术领域

本发明申请为申请日2018年07月25日，申请号为： 2018108299607，名称为“一种基于DEM的网格型水文模型网格演算次序编码方法”的发明专利申请的分案申请。本发明涉及一种水文模型的构建方法，尤其是基于ArcGIS水文分析工具网格演算次序编码方法。

背景技术

自然界中的水文现象错综复杂，不仅包含相互关联又彼此独立的不同过程，更是受到许多外界条件的影响。为了实现对现实世界中复杂水文过程的模拟与研究，在水文学科先驱的不断探索下，水文模型的概念应运而生。可以说水文模型的出现打开了水文学领域研究的一扇新的大门，成为研究和探索一切与水文有关的过程或分析一切水文现象的基础。

总的来说，可以把水文模型分为两大类：分布式模型和集总式模型。集总式水文模型将流域看作一个均一化的整体，不考虑流域模拟中各参数、各水文过程的空间非一致性。分布式模型把水文循环过程在空间尺度上分为若干个计算单元，各个计算单元的参数和变量一般不同，有些甚至不同单元之间的水文模拟方式也不相同。

根据分布式水文模型中各个计算单元的径流过程形成流域出口流量过程的方法，可将水文模型分为耦合型和松散型。耦合型分布式水文模型需要考虑各个计算单元之间的相互作用，通过联立微分方程，并确定边界条件进行求解。而松散型水文模型中各个计算单元之间是相互独立的，在计算过程中可分别计算不同计算单元内的水文过程，各单元之间无相互作用，完成对计算单元的处理后可通过一定的倍比或叠加原则求得最终的流域流量过程。

集总式水文模型由于未考虑水文过程在流域中的变化，忽略了水文要素时空分布的不均性。耦合型分布式水文模型要求具有严格的物理基础，同时参数是分布的，这不仅要求模型中水文过程描述方程能够真实的反应流域中实际发生的水文响应过程，并且具有空间的变异性，对计算机运算和资料的要求比较高。基于网格的水文模型是松散型模型的一种，可以灵活的调整网格的大小，实现流域内下垫面条件的离散化，是一种应用较为广泛的水文模型。

基于DEM的网格型水文模型在每一个网格上分别进行产流计算，再进行网格之间的汇流演算，计算过程中需要严格按照汇流网络之间的拓扑关系结构，区分不同网格的计算顺序，以满足水流往流域出口汇集的路径。通过DEM数据提取数字流域进行汇流计算时，由于流域汇流的非线性特征，流域中各个网格之间的汇流过程具有顺序性，所以在进行产汇流模拟之前的一项重要工作是确定各个网格的汇流演算顺序。各个计算单元演算顺序建立在确定各个网格水流方向的基础上，通过水流方向描述各个网格之间的拓扑关系。在产汇流模拟中，为了使计算机可以识别水流方向所表示的网格之间的拓扑关系，需建各个网格的编码，通过编码的规则，反映各个网格的计算顺序，方便计算机识别和演算。

美国环境系统研究所(Environmental Systems Research Institute Inc，简称ESRI)创建于1969年，总部位于加州的 Redlands。公司最初是为企业创建和分析地理信息进行咨询工作的。

20世纪80年代，ESRI致力于发展和应用一套可运行在计算机环境中的，用来创建地理信息系统的核心开发工具，这就是今天众人所知的地理信息系统(GIS)技术。

1981年ESRI发布了它的第一套商业GIS软件—— ARC/INFO软件。它可以在计算机上显示诸如点﹑线﹑面等地理特征，并通过数据库管理工具将描述这些地理特征的属性数据结合起来。ARC/INFO被公认为是第一个现代商业GIS系统。