[发明专利]一种独立于实测数据的河道型水库水下地形建模方法

说明书

本发明公开一种独立于实测数据的河道型水库水下地形建模方法。基于公开获取的DEM和水库分布数据，可实现水库水下地形的快速重建。本方法利用水库上下游的已知高程信息，推测出水库区域的河道纵剖面，并以此为地形骨架，生成一系列的河道横截面，利用水库两侧的已知高程信息推测出河道横截面水下区域的高程信息。最终基于水库区域的高程预测点，生成水库的水下地形。该方法独立于野外实测数据，可快速重建水库水下地形，并可应用于大区域尺度水库库容动态变化监测，将为全球变化背景下水文水资源学研究及水库信息监管等提供方法支撑。

技术领域

本发明属于水文地貌学领域，特别涉及一种独立于实测数据的河道型水库水下地形建模方法。

背景技术

水库是水资源管理的重要设施，通常具有拦洪蓄水、调节水流、水力发电等多种作用。据国际大坝委员会(International Commission on Large Dams Groups)资料，全球共有超过58,000个水库，且数量还在增加。特别是20世纪的后半叶，发展中国家掀起了水库建设高峰，新建的水库促进了对水资源的高效利用，但也带了一系列生态环境问题(vanBemmelen et al.,2016；Yigzaw et al.,2018)。

掌握水库的空间信息是水库水资源高效利用、评估水库对水文过程、生态环境影响及作用机制的重要基础。但从全球尺度来看，目前相关的水库空间信息仍不够全面(Lehner and2004；Gao et al.,2015)。随着遥感对地观测手段的发展，基于多源遥感数据的水库动态监测已经得到了广泛应用，例如，卫星测高数据可获取水库库区水位的变化情况(Song et al.,2013)，光学影像数据(如Landsat MSS/TM/OLI和Sentinel-2MSI等)可用于提取水库水体范围等(Yao et al.,2019；Zhang et al.,2019)。相比较而言，受制于水库的水下地形数据无法通过遥感手段直接获取，对于水库库容的遥感估算具有较大难度。现有研究大多通过库容和面积的统计关系构建库容曲线，实现对水库库容变化的估算(Peng et al.,2006)。对于水库水下地形重建，目前主要有直接测量法和空间推测法两种思路。直接测量法主要依赖于声呐、激光雷达等测绘装置，具有较高的测量精度，但时间和经济成本都较高(Legleiter and Overstreet,2012)。空间推测法主要依赖于水库周边地形信息与水库水下地形间的空间相关性，利用地统计方法构建高程推测模型，相比较直接测量法该方法效率大大提高，但也需要一定的河床高程等实测数据(Getirana et al.,2018)，这在一定程度上限制了其在大区域尺度的推广。

综上所述，水库水下地形是水库库容估算的关键信息。现有的直接测量法和空间推测法，都需要有野外测量数据的支撑，限制了其在数据缺失区域的应用，难以支持大区域乃至全球尺度的研究。在全球变化加剧的背景下，提出一种独立于野外实测数据的河道型水库水下地形建模方法，可为水库水资源的高效利用、区域水循环等研究提供方法支撑，具有重要的科学意义和应用潜力。

参考文献：

[1]Chao,B.F.,Wu,Y.H.,Li,Y.S.,2008.Supporting Online Material forImpact of Artificial Reservoir Water Impoundment on Global Sea Level.Science(80).320,212–215.

[2]Legleiter,C.J.,Overstreet,B.T.,2012.Mapping gravel bed riverbathymetry from space.J.Geophys.Res.F Earth Surf.117,1–24.

[3]Lehner,B.,P.,2004.Development and validation of a globaldatabase of lakes,reservoirs and wetlands.J.Hydrol.296,1–22.