1. معرفی
تشدید تغییرات آب و هوایی جهانی و سرعت شهرنشینی در سالهای اخیر فراوانی و شدت آبگرفتگی شهری را افزایش داده است که امنیت زیرساختهای عمومی شهری و جان و مال ساکنان شهری را بهطور جدی تهدید میکند. بنابراین، تقویت سیستم های هشدار، مدیریت و پیش بینی باران شهری اهمیت فزاینده ای پیدا کرده است [ 1 ، 2 ، 3]. به منظور شبیه سازی و ارزیابی غرقابی شهری ناشی از ظرفیت ناکافی زهکشی در شرایط رگبار باران، لازم است بدانیم آبی که تخلیه نمی شود از کجا می آید که می توان آن را «حوضه آبریز» تعریف کرد. بنابراین برای پیشبینی غرقابی شهری، تقسیم حوضه یک فرآیند مهم در پیشبینی سیلابهای شهری است و تأثیر بسزایی در دقت پیشبینی دارد [ 4 ، 5 ]، همچنین یک شاخص ورودی مهم برای مدلهای هیدرولوژیکی مانند مدل مدیریت آب طوفانی است. (SWMM) [ 6]. برای پیشبینی غرقابی حوضه طبیعی، به این دلیل که عمدتاً تأثیر رودخانهها را در نظر میگیرد، که ممکن است سطح زیرین شهری و سطح زهکشی سیلاب را در نظر نگیرد، بنابراین میتواند غرقابی رودخانه را بدون دادههای حوضه، مانند معادلات دو بعدی آب کم عمق، شبیهسازی کند. (SWEs 2-D) [ 7 ]. برای برخی مدلها که بارش-رواناب را از دادههای بارش مستقیم پیشبینی میکنند [ 8 ]، که ممکن است به حوضه نیاز نداشته باشد، اما تقسیمبندی دقیق حوضه میتواند محدودیتهایی را برای شبیهسازی سیلاب شهری با دقت بیشتری ایجاد کند. به طور کلی، تعیین منطقی و دقیق مرزهای حوضه آبریز برای بهبود مدیریت و پیشبینی بلایای غرقابی شهری حیاتی است [ 9 ].
روش های تقسیم حوضه را می توان به دو دسته اصلی تقسیم کرد: روش هیدرولوژیکی مبتنی بر مدل ارتفاعی دیجیتال (DEM) [ 10 ] و روش هندسی مبتنی بر گره [ 11 ]. الگوریتم اولی به طور کلی از یک الگوریتم DEM و D8 (گره قطعی-8) برای بدست آوردن جهت جریان حوضه [ 12 ، 13 ] و سپس تقسیم حوضه استفاده می کند. الگوریتم D8 برای اولین بار توسط O’Callaghan و Mark [ 12 ] ارائه شد و برای مدلسازی شبکه زهکشی استفاده شد، مفهوم اصلی الگوریتم تعیین جهت پایین دست با محاسبه اختلاف ارتفاع بین یک شبکه مرکزی و هشت شبکه مجاور آن است [14] .]. با این حال، زمانی که روش هیدرولوژیکی مبتنی بر DEM در مناطق مسطح توپوگرافیک اعمال میشود، کانالهای شبه موازی با جهت جریان یکسان به راحتی تولید میشوند، در نتیجه سوگیری در حوضه تقسیم شده ایجاد میشود. برای ارائه یک مدل تقسیم حوضه حوضه واقعی تر، دوک و همکاران. [ 15] مدل رقومی ارتفاع زیرساخت روستایی (RIDEM) را پیشنهاد کرد که با ادغام سایر عوامل (جاده ها، خندق، دریاچه، رودخانه، مخزن) در DEM با استفاده از خیابان های شناخته شده و جهت جریان آب برای تنظیم ارتفاعات محلی اجرا شد. بر اساس این ایده، روشی که ساختمان ها را برای اصلاح DEM و بهبود دقت تقسیم حوضه در نظر می گیرد، متعاقبا پیشنهاد شد. با این وجود، اگرچه روش هیدرولوژیکی مبتنی بر DEM به اندازه کافی اثرات توپوگرافی طبیعی را بر جهت جریان آب در نظر می گیرد، اما آنها اثرات سیستم های زهکشی شهری و شبکه لوله ها را بر جریان ها در حوضه های آبریز شهری نادیده می گیرند [16 ] .
ایده اصلی روش هندسی مبتنی بر گره [ 16 ] تعیین مرزهای حوضه با اعمال الگوریتم Voronoi بر اساس توزیع فضایی چاه های آب باران در سراسر شبکه لوله های زهکشی است. سادگی و امکانسنجی این رویکرد عمدتاً به استفاده از الگوریتمهای Voronoi با رویکرد هندسی مبتنی بر گره برای تعیین مناطق حوضه با در نظر گرفتن حوضههای آبگیر در شبکه لولههای زهکشی مربوط میشود [16] .]. به عبارت دیگر، روش هندسی یک تکنیک ساده و کاربردی است که به طور کامل تاسیسات زهکشی مصنوعی را در نظر می گیرد. با این حال، روشهای مبتنی بر هندسه نوسانات سطح را نادیده میگیرند، بنابراین منجر به مدلسازی اشتباه جهت جریان در مناطق زیرحوضه میشود. قبل از سال 2015، مطالعات بیشتر بر وظایف تقسیم حوضه بر اساس تنها یکی از روش های ذکر شده در بالا متمرکز بود. با این حال، در واقعیت، الگوهای زهکشی شهری نتیجه ترکیبی از شبکه های لوله زهکشی و زمین طبیعی است. بنابراین، برخی از محققین اخیراً تلاش کرده اند تا حوضه های آبریز را با استفاده از ترکیبی از هر دو روش تقسیم کنند [ 17 ، 18 ]. به عنوان مثال، هوانگ و همکاران. (2019) یک روش ترکیبی مبتنی بر نمودار ورونوی برای تقسیم حوضه در مناطق کوچک (مناطق کمتر از 10 کیلومتر مربع ) پیشنهاد کرد.) با استفاده از داده های DEM و حوضه آبگیری [ 18 ].
اگرچه روش پیشرفته تقسیم حوضه برای گرههای زمین طبیعی و حوضههای آبگیر محاسبه میشود، اما ناهمگونیها در توزیع حوضههای آبگیر در مناطق شهری را در نظر نمیگیرد [19] .]. این می تواند مشکل ساز باشد، زیرا برخی از مناطق دارای تراکم بسیار کم حوضه های آبگیر هستند و حوضه های صید مصنوعی از نظر ظرفیت حوضه آبگیر از نظر عملکردی معادل گره های زمین طبیعی نیستند. اگر مناطق حوضه با قرار دادن مستقیم نمودارهای Voronoi حوضه های آبگیر بر روی توزیع گره های حوضه طبیعی تقسیم شوند، نتیجه می تواند بسیار نادرست باشد. علاوه بر این، تراکم حوضه صید اغلب در مراکز شهری بسیار بالا است، این ممکن است در هنگام بررسی مناطق کوچک مسئله مهمی نباشد، اما منجر به تعداد بیش از حد چندضلعی ها در مناطق بزرگ می شود و استفاده از نتایج را برای تجزیه و تحلیل هیدرولوژیکی بیشتر غیرممکن می کند. بنابراین، یک روش چند مقیاسی تطبیقی برای تقسیم حوضه ضروری است. علاوه بر این، از آنجایی که روش مبتنی بر گره فوق الذکر از الگوریتم های Voronoi برای تقسیم هندسی حوضه های آبریز استفاده می کند، که توزیع واقعی کاربری ها را در نظر نمی گیرد. برای مثال، با استفاده از الگوریتم Voronoi می توان به راحتی یک کاربری زمین را به چند ضلعی (حوضه فرعی) تقسیم کرد، بنابراین اختلافات بین مرزهای زیرحوضه و توزیع کاربری های واقعی زمین، به ویژه در مناطقی با سطوح زیرین پیچیده ایجاد می شود.20 ]. بنابراین، برای پرداختن به این مشکلات، روشی که قادر به تقسیم دقیق حوضه های آبریز در مناطق بزرگ در حالی که انواع زمین و جهت جریان را در نظر می گیرد، در این مطالعه پیشنهاد شده است.
مقاله بصورت زیر مرتب شده است. بخش 2 روش های تقسیم حوضه موجود و محدودیت های آنها را بررسی می کند. بخش 3 شرح مفصلی از روش تقسیم حوضه پیشنهادی ارائه می دهد که انواع زمین و جهت جریان را در نظر می گیرد. بخش 4 تجزیه و تحلیل و بحث در مورد نتایج تجربی را ارائه می دهد. در نهایت، نتیجه گیری در بخش 5 ارائه شده است .
2. روش های مربوط به تقسیم حوضه
2.1. روش های پارتیشن بندی حوضه جاری
2.1.1. روشهای متداول تقسیم حوضه آبریز
روش تقسیم حوضه را می توان به عنوان روش هیدرولوژیکی مبتنی بر DEM یا روش هندسی مبتنی بر گره طبقه بندی کرد. روش هیدرولوژیکی مبتنی بر DEM عمدتاً از داده های DEM و الگوریتم های هیدرولوژیکی برای تقسیم مناطق حوضه استفاده می کند. مثالها شامل الگوریتم D8 پیشنهاد شده توسط کالاگان و مارک [ 12 ]، الگوریتم شبکههای مدل ارتفاعی دیجیتال (DEMON) توسعهیافته توسط Costa-Cabral و Burges [ 21 ] و مدل RIDEM [ 15] است.]. جدیدترین روش هیدرولوژیکی از داده های جانبی مانند داده های جاده، ساختمان و زهکشی برای اصلاح DEM ها در مناطق حوضه آبریز استفاده می کند. الگوریتم پایه D8 احتمالاً محبوب ترین روش برای تشخیص خودکار زهکشی است، اما همچنین دارای تعدادی کاستی است، و چندین رویکرد برای بهبود الگوریتم D8 ارائه شده است، مانند یک الگوریتم یکپارچه برای تعیین جهت جریان [22] . ]، یک روش دو پارامتری برای استخراج شبکه زهکشی [ 23 ] و روش GeoNet که نیازی به آستانه تجمع جریان دقیق ندارد [ 24]]. اشاره شد که برای روش تقسیم در این مقاله به دو دلیل از الگوریتم پایه D8 استفاده شده است. یکی سادگی و پایایی این الگوریتم، دیگری این که هدف این مقاله تعیین حوضه اولیه بر اساس جهت جریان با در نظر گرفتن ساختمان ها است که الگوریتم پایه D8 می تواند تا حدودی این نیاز را برطرف کند. در مرحله بعد، روش هندسی مبتنی بر گره از الگوریتمهای Voronoi برای استخراج مناطق حوضه بر اساس توزیع فضایی حوضههای آبگیر در شبکههای زهکشی استفاده میکند. با روش Voronoi، هر نمودار Voronoi از مجموعه ای از گره ها تشکیل شده است و هر گره نشان دهنده یک حوضه آبریز است [ 17 ].
2.1.2. روش تقسیم حوضه هیبریدی
حوضه های شهری ملغمه هایی را تشکیل می دهند که هم زمین طبیعی و هم سیستم های زهکشی مصنوعی را شامل می شوند. متأسفانه در روش های فوق، حوضه های آبریز تنها بر اساس یکی از این عوامل تقسیم می شوند. برای پرداختن به این موضوع، هوانگ و همکاران. [ 18 ] از فناوری سیستم اطلاعات جغرافیایی (GIS) برای ایجاد روشی با دقت بالا که این دو روش را ادغام می کند، استفاده کرد. مراحل به شرح زیر است:
مرحله 1: مدلی از شبکه زهکشی شهری بر اساس طرح واقعی شبکه زهکشی (خطوط سبز در شکل 1 ) با پردازش مجراها و گره های آن بر اساس اهمیت ساخته می شود. این شبکه لوله و گره های مهم آن (گره 1) را تولید می کند.
مرحله 2: با توجه به اینکه نوع زمین بر مسیریابی جریان تأثیر می گذارد، به عنوان مثال، ساختمان و جاده معمولاً بالاتر از سطح زمین هستند که مسیریابی جریان های زمینی را مسدود می کند و جهت جریان آنها را تغییر می دهد. علاوه بر این، با توجه به اینکه کاربریهای مختلف دارای ظرفیت جذب آب متفاوتی هستند، مانند سطح غیرقابل نفوذ و زمینهای جنگلی، بنابراین انواع زمینها نیز میتوانند بر سرعت جریان سطحی تأثیر بگذارند (سرعت جریان در سطح غیرقابل نفوذ معمولاً سریعتر از سطح زمین طبیعی است). . بر این اساس، DEM با ترکیب انواع زمین اصلاح می شود و سپس از الگوریتم زهکشی D8 برای استخراج شبکه زهکشی استفاده می شود. در مرحله بعد، شبکه زهکشی برای به دست آوردن جریان های زمینی و گره های مهم آنها پردازش می شود (گره 2).
مرحله 3: گره های 2 با شبکه لوله های زهکشی واقعی مقایسه می شوند. گره هایی که با لوله های زهکشی همپوشانی دارند حذف می شوند، در حالی که گره هایی که مکمل شبکه لوله های زهکشی هستند، حفظ می شوند و با استفاده از تابع همپوشانی فضایی GIS برای تولید گره های نهایی (شکل 2 ) .
مرحله 4: تمام گره های باقی مانده پس از مرحله 3 برای ایجاد یک نمودار Voronoi (متشکل از چند ضلعی های Thiessen، که در آن هر چند ضلعی نشان دهنده یک حوضه آبریز است) استفاده می شود.
2.2. محدودیت های روش های تقسیم حوضه جاری
هوانگ و همکاران [ 18 ] یک روش تقسیم حوضه بسیار دقیق را پیشنهاد کرد که به طور کامل اثرات زمین طبیعی و زیرساخت های زهکشی را بر حوضه های آبریز شهری به حساب می آورد. با این حال، این رویکرد به سادگی از الگوریتم Voronoi برای تقسیم هندسی یک حوضه بر اساس گره های تشکیل شده توسط نقاط حوضه طبیعی و نقاط حوضه آبگیر، که دارای ظرفیت های مختلف حوضه هستند، استفاده می کند. از این رو، این تکنیک توزیع انواع زمین در سراسر حوضه آبریز را نادیده می گیرد، که منجر به انحراف بین جریان های زمینی واقعی و نتایج مدل سازی می شود. این مشکل را می توان شرح داد:
(1) توزیع حوضه های صید شهری معمولاً ناهمگن است (به عنوان مثال، مستطیل های قرمز و زرد در شکل 3 ). در مناطقی با چگالی بسیار کم گره های حوضه صید، روش توسعه یافته توسط Huang و همکاران. [ 18] مستقیماً گره های حوضه آبریز طبیعی را با گره های حوضه آبگیر قرار می دهد، اما این گره ها در هنگام ترسیم چند ضلعی های تیسن ظرفیت های حوضه آب متفاوتی دارند. این اختلاف اغلب منجر به ناسازگاری انباشت جریان می شود، بنابراین منجر به ناسازگاری جریان های زمینی می شود. علاوه بر این، هنگامی که این روش در یک منطقه بزرگ اعمال می شود، مناطق با تراکم حوضه صید بالا (مانند مراکز شهری) دارای تعداد بیش از حد چند ضلعی تیسن خواهند بود که به طور مستقیم بر کاربرد مدل های هیدرولوژیکی بعدی تأثیر می گذارد. علاوه بر این، انتخاب دستی گره ها برای کاهش تعداد گره ها ضروری است، اما این معمولاً عدم قطعیت را در نتایج ایجاد می کند.
(2) همانطور که در شکل 3 ب نشان داده شده است، یک نوع زمین (مانند ساختمان یا علفزار، که با رنگ سبز نشان داده شده است) به طور نامنظم به چند ضلعی تیسن تقسیم شده است که با جریان های زمینی واقعی ناسازگار است.
3. روش تقسیم حوضه که نوع زمین و جهت جریان را محاسبه می کند
روشهای تقسیم حوضه موجود معمولاً حوضههایی را تولید میکنند که با توزیع واقعی انواع زمین ناسازگار هستند و برای مناطق بزرگ چندان مناسب نیستند [ 18] .]. برای پرداختن به این مسائل، یک روش تقسیم حوضه که انواع زمین و جهت جریان را در نظر می گیرد و برای مناطق بزرگ مناسب است در این مطالعه پیشنهاد شد. ابتدا، حوضه های اولیه، که به عنوان حوضه های سطح اول (FL) شناخته می شوند، با استفاده از زمین، کانال ها و لوله های زهکشی تعیین شدند. سپس، بر اساس حوضه های FL، یک الگوریتم تقسیم ریز تکراری برای آشکار کردن تقسیم ریز حوضه ها پیشنهاد شد. روش پیشنهادی از سه بخش تشکیل شده است: تقسیم کلان حوضه های آبریز FL بر اساس توپوگرافی طبیعی، تقسیم حوضه های سطح دوم (SL) بر اساس کانال ها و لوله های زهکشی، و ریزپارتیشن بندی حوضه های سطح سوم بر اساس نوع زمین و جریان. جهت ها. نمودار جریان روش پیشنهادی در شکل 4 نشان داده شده است .
3.1. تقسیم بندی سطح اول حوضه بر اساس توپوگرافی طبیعی
سیستم زهکشی FL یک شهر مسئول تخلیه آب طوفان از یک منطقه نسبتاً بزرگ به رودخانه های خارج از شهر است. این سیستم معمولاً با رودخانه های تنه ترکیب می شود [ 25 ]. سیستم رودخانه تنه می تواند برای تقسیم یک شهر به چندین حوضه آبریز طبیعی مستقل استفاده شود. بنابراین، حوضه های آبریز FL با توجه به زمین طبیعی شهر و تلاقی بین رودخانه های داخل منطقه تقسیم بندی می شوند و رودخانه های تنه ای که قادر به تخلیه آب از حوزه آبخیز هستند (جریان-M) به عنوان مرزهای تقسیم بندی استفاده می شوند. این تقریباً منطقه را به چند حوضه فرعی تقسیم می کند و تضمین می کند که حوضه های آبریز با مرزهای ترسیم شده توسط رودخانه تنه توپوگرافی طبیعی شهر مطابقت دارند، همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است..
3.2. بخش سطح دوم حوضه بر اساس کانال و شبکه لوله
حوضه های آبریز FL تأثیر توپوگرافی طبیعی شهر را به حساب می آورند. با این حال، به دلیل نفوذ ساخت و ساز مصنوعی، ساختمان ها و سازه های مصنوعی، زمین طبیعی را تغییر دادند. بنابراین، ویژگی های حوضه آبریز یک شهر وابسته به عوامل توپوگرافی است و همچنین توسط سیستم های زهکشی موجود محدود و هدایت می شود. در مقایسه با جریانهای زمینی طبیعی، جریانهای زمینی در داخل شهر به دلیل وجود سطوح مصنوعی غیرقابل نفوذ، بسیار ناهمگن هستند. بنابراین، سیستم های زهکشی ثانویه یک شهر وظیفه تخلیه آب باران از خیابان ها به سیستم رودخانه تنه را بر عهده دارند و این سیستم های ثانویه معمولاً از شبکه لوله های طوفان یا کانال های مصنوعی تشکیل شده اند. به خصوص، شبکه لولههای زیرزمینی که در امتداد کنارههای جادهها گذاشته میشود معمولاً به عنوان کانال اصلی برای رواناب سطحی محلی و زهکشهای زیرزمینی عمل میکنند و نقش مهمی در فرآیندهای زهکشی محلی مشابه رودخانههای طبیعی یا کانالهای اصلی دارند. در این مقاله، حوضه های SL در امتداد کانال های زهکشی و در امتداد جاده های اولیه و فرعی که توسط لوله های زهکشی در دو طرف ردیف شده اند تقسیم می شوند.شکل 6 تقسیم بندی حوضه آبریز FL به حوضه های SL را نشان می دهد. استفاده از کانال ها و شبکه های لوله برای تقسیم حوضه های SL تضمین می کند که حوضه ها به صورت یکنواخت تقسیم می شوند.
3.3. تقسیم بندی سطح سوم حوضه بر اساس انواع زمین و جهت جریان
حوضه سطح سوم (S-catchment) کوچکترین عنصر یک مدل هیدرولوژیکی را نشان می دهد و دقت تقسیم S-حوضه مستقیماً دقت تجزیه و تحلیل های هیدرولوژیکی بعدی را تعیین می کند. برای اطمینان از سازگاری حوضه های آبریز با انواع زمین، تقسیم حوضه های S بر اساس جهت جریان توپوگرافی و انواع کاربری اراضی با وضوح خوب است. ابتدا، الگوریتم D8 برای انجام تجزیه و تحلیل جریان بر اساس یک DEM اصلاح شده برای تعیین جهت های جریان اصلی اعمال می شود. سپس حوضه های SL تقریباً به حوضه های مبتنی بر جهت (DB) بر اساس این جهت های جریان تقسیم می شوند. در نهایت یک الگوریتم تقسیم S-حوضه تکراری برای تقسیم دقیق این حوضه های DB بر اساس انواع کاربری اراضی با وضوح خوب آنها برای تولید حوضه های S پیشنهاد شده است.
3.3.1. پارتیشن بندی حوضه های DB بر اساس جهت جریان
- (1)
-
اصلاحیه DEM
فرآیندهای رواناب سطحی که در یک منطقه شهری رخ می دهد نه تنها توسط توپوگرافی طبیعی بلکه توسط ساختمان ها، جاده ها و کانال ها نیز کنترل می شود. در روش پیشنهادی، DEM اصلی برای در نظر گرفتن تأثیر سطوح زیرین شهری بر رواناب اصلاح میشود. این کار با ترکیب اطلاعات در مورد اشیاء زمینی که بر مسیریابی جریان زمینی به داخل DEM تأثیر میگذارند، انجام میشود. سپس مقادیر ارتفاع در نقاط شبکه DEM حاوی اطلاعات شی زمین افزایش یا کاهش می یابد تا ظرفیت حوضه آبریز آنها تغییر کند. لازم به ذکر است که برای جلوگیری از فرورفتگی های مصنوعی ناشی از اصلاح DEM، داده های ساختمان پیش پردازش می شوند تا از ساختمان دارای سوراخ جلوگیری شود. از آنجایی که تأثیر جاده ها و کانال ها بر رواناب قبلاً در هنگام تقسیم حوضه های آبریز SL در نظر گرفته شده است، هنگام اصلاح DEM، فقط باید اثرات ساختمان ها در جلوگیری از رواناب را در نظر گرفت. روش و معادله برای اصلاح DEM در نشان داده شده استشکل 7 و معادله (1).
که در آن E a مقدار ارتفاع DEM اصلاح شده، E i مقدار ارتفاع اولیه DEM و H ارتفاع ساختمان مربوطه است.
- (2)
-
بخش حوضه DB بر اساس جهت جریان
مرحله 1: تجزیه و تحلیل جریان ابزار تجزیه و تحلیل هیدرولوژیکی در ArcGIS 10.2 برای پر کردن سینک ها در DEM اصلاح شده استفاده می شود. لازم به ذکر است که اگر فرورفتگی های مصنوعی ناشی از اصلاح DEM وجود داشته باشد، این مقاله ابتدا در مورد فرورفتگی احاطه شده توسط ساختمان ها قضاوت خواهد کرد. در این صورت، تکرار مداوم برای پر کردن فرورفتگی اعمال می شود تا زمانی که فرورفتگی ناشی از ساختمان ها وجود نداشته باشد.
سپس از الگوریتم D8 برای محاسبه اختلاف ارتفاع DEM در هشت جهت از شبکه مرکزی (شمال، غرب، شرق، جنوب، جنوب شرق، شمال شرق، جنوب غرب و شمال غرب) استفاده می شود و جهت نزولی با بیشترین اختلاف ارتفاع به صورت تعریف می شود. جهت جریان (خط بنفش در شکل 8 ). الگوریتم پایه D8 احتمالاً محبوب ترین روش برای تشخیص خودکار زهکشی و تعیین حوزه حوضه است [ 14 ]. در طول استخراج جهت جریان، آستانه حوضه بر انتخاب جریان های تنه و شاخه ها تأثیر می گذارد. بر اساس آزمایش های متعدد، آستانه بهینه در این مقاله 1000 تعیین شد.
اشاره شد که آستانه می تواند بر نتایج جهت جریان تأثیر بگذارد. هرچه آستانه بزرگتر باشد، شاخه های کمتری در انتهای جریان استخراج می شود، که منجر به جهت جریان اصلی واضح تر می شود، در حالی که جزئیات شاخه ها از دست رفته است. آستانه تشکیل جریان در هر منطقه متفاوت است. از آنجایی که این مقاله عمدتاً برای مناطق شهری دشت است، تفاوت در شیب سطح کم است، آستانه باید تا حد امکان کوچک باشد تا رواناب سطحی را با جزئیات توصیف کند، اما لازم است از تکه تکه شدن بیش از حد جلوگیری شود. با توجه به اینکه تقسیم بندی ریز حوضه بر اساس داده های کاربری اراضی است، آستانه ای که نتایج جریان آن با توزیع کاربری اراضی همخوانی بیشتری دارد به عنوان آستانه بهینه در این مقاله انتخاب شده است. طی مسافتی حدود 5.2 کیلومتر مربعبه عنوان منطقه نمونه، از آستانه های 500، 1000، 2000، 5000 و 8000 برای تولید جهت جریان استفاده می شود و تعداد جهت های جریان اصلی تولید شده توسط هر آستانه به دست می آید. سپس، همانطور که در شکل 8 نشان داده شده است، نسبت تعداد جریان به تکه های کاربری زمین محاسبه می شود.. می توان دریافت که با افزایش آستانه، این نسبت به تدریج کاهش می یابد. هنگامی که آستانه 1000 است، نسبت به 1 نزدیک است، که نشان می دهد نتایج جریان با توزیع کاربری زمین سازگارتر است. بنابراین آستانه 1000 در این مقاله به عنوان آستانه بهینه منطقه مورد مطالعه انتخاب شده است. لازم به ذکر است که جریان های زیر آستانه های مختلف نشان دهنده اهمیت ژئومورفولوژیکی واقعی نیستند، بنابراین لازم است آستانه بهینه با توجه به ویژگی های منطقه ای و شرایط داده انتخاب شود.
مرحله 2: استخراج نقاط حوضه آبریز. تجمع جریان هر شبکه با محاسبه تعداد شبکه های بالادستی که جریان آنها از این شبکه عبور می کند، تعیین می شود. عناصر شبکه با سطوح انباشت جریان بالا برای تشکیل خطوط پشته حوضه (خطوط سبز در شکل 9 ) استفاده خواهند شد و تقاطع بین خطوط پشته حوضه نقاط حوضه آبریز هستند (نقاط آبی در شکل 9 ).
مرحله 3: تقسیم مقدماتی حوضه های آبریز. بر اساس نقاط حوضه به دست آمده در مرحله 2، تمام عناصر شبکه با جهت جریان یکسان به یک منطقه حوضه مستقل تقسیم می شوند. این حوضه های آبریز، حوضه های سطح سوم DB هستند.
3.3.2. کوچکترین بخش حوضه بر اساس داده های نوع زمین
برای تعیین دقیق حوضه های شهری، یک الگوریتم تقسیم ریز تکراری برای تقسیم حوضه های DB بر اساس داده های نوع کاربری با دقت بالا و داده های حوضه آبریز پیشنهاد شد، بنابراین کوچکترین حوضه (S-حوضه) به دست آمد. لازم به ذکر است که با توجه به اینکه کاربری های مختلف دارای شدت نفوذ متفاوتی هستند، به طور کلی هرچه دقت داده های کاربری ها بیشتر باشد، حوضه آبریز دقیق تر خواهد بود. با این حال، دادههای کاربری اراضی با دقت بالا معمولاً تکه تکه میشوند، که منجر به دشواری تعیین خودکار حوضههای آبریز در مناطق شهری در مقیاس بزرگ میشود. الگوریتم پیشنهادی می تواند این مشکل را برطرف کند. برای تضمین دقت حوضه های فرعی، داده های کاربری زمین مورد استفاده در این مقاله از اداره منابع طبیعی استان شاندونگ، چین مشتق شده است. دقت و کیفیت داده ها مطابق با مشخصات استاندارد DB37T 2761.2-2016 (مشخصات فنی پلت فرم خدمات عمومی اطلاعات جغرافیایی، قسمت 2: داده های چارچوب) صادر شده توسط اداره کیفیت و نظارت فنی شاندونگ است. لکه کاربری با مساحت بیش از 100 متر2 را می توان به دست آورد که وضوح آن حدود 10 متر است. داده های مورد استفاده در این مقاله شامل چمن، جنگل، زمین های زراعی، زمین های بلااستفاده، ساختمان ها و میدان ها/جاده ها می باشد.
- (1)
-
محاسبه مساحت وصله کاربری اراضی
مساحت هر وصله کاربری اراضی، Area i ( I -th Patch)، با قرار دادن دادههای نوع کاربری زمین بر روی دادههای حوضه DB محاسبه میشود ( شکل 10 ).
- (2)
-
تعیین یک حوضه آبریز واحد
نسبت بین مساحت هر وصله کاربری زمین و مساحت کل حوضه آبریز DB آنها، AreaShare i ، به صورت زیر محاسبه می شود:
که در آن m تعداد کل لکه های کاربری زمین و مساحت کل مساحت حوضه آبریز DB است که i امین لکه کاربری زمین در آن قرار دارد.
حوضه های تک حوضه و حوضه های آبریز مختلط بر اساس نتایج AreaShare i تعیین می شوند . برای جلوگیری از تقسیم و تکه تکه شدن بیش از حد حوضه های فرعی، که بر تحلیل های هیدرولوژیکی بعدی تأثیر می گذارد، یک الگوریتم تکرار در این مقاله پیشنهاد شد.
مقدار آستانه δ برای منطقه وصله کاربری زمین به صورت زیر تعریف می شود: وقتی آrهآاسساعتآrهمن≥δو تعداد حوضه های صید در پچ بیشتر از 0 باشد، وصله کاربری زمین i یک زیرحوضه واحد در نظر گرفته می شود. به عنوان مثال، همانطور که در شکل 10 نشان داده شده است ، به دلیل آن سهم مساحت پچ A ≥δ، وصله کاربری A به عنوان یک حوضه فرعی تعیین می شود. در حالی که سهم مساحت پچ B <δ، یک زیرحوضه مختلط تعیین می شود. بر اساس ویژگی های منطقه مورد مطالعه و تعداد زیادی آزمون، مقدار آستانه، δ ، 0.12 تعیین شد.
- (3)
-
الگوریتم تکراری برای تعیین حوضه های آبریز مختلط
وقتی AreaShare i ≤ δ ، وصله کاربری زمین i از نظر توپولوژیکی مرتبط می شود و با تکه های کاربری مجاور آن ( j ) ادغام می شود تا یک حوضه آبریز مختلط را تشکیل دهد (پانل B در شکل 10 ). تابع ارتباط توپولوژیکی و ادغام پچ کاربری زمین i با تکه های مجاور آن ممکن است به صورت زیر بیان شود:
که در آن n تعداد کل تکههای مجاور پچ کاربری زمین i است ، AreaSNei ij نسبت بین مساحت پچ i و پچ j (مجاور) است ، جهت ij زاویه بین جهتهای جریان پچ i و پچ است. j ، Rainwater ij تعداد حوضه های آبگیر و نقاط حوضه بین پچ i و لکه مجاور آن است و SemNei ij شباهت معنایی بین پچ i و پچ j است.. مدل ریاضی شباهت معنایی را می توان بر اساس لی و همکاران محاسبه کرد. [ 26 ] با عبارت زیر:
که در آن L i و L j به ترتیب انواع کاربری زمین وصله کاربری i و وصله j مجاور آن هستند . m تعداد انواع کاربری اراضی است که از نظر معنایی با L i مجاور هستند ، برای دادههای کاربری زمین مورد استفاده در این مقاله، m 6 است. و Distance ( L i , L j ) فاصله بین موقعیت های i و j استدر مجموعه ای از انواع زمین های مجاور معنایی. موقعیت معنایی انواع زمین بر اساس آرایش ضریب نفوذ است. تکه هایی با ضرایب نفوذ مشابه سازگارتر در نظر گرفته می شوند و اولویت ادغام دارند. شباهت با مقداری بین 0 و 1 منعکس می شود، که در آن 0 به معنای اصلاً سازگار نیست و 1 به معنای کاملاً سازگار است. به عنوان مثال، موقعیتهای معنایی میدانها/جادهها، ساختمانها، زمینهای بلااستفاده، زمینهای زراعی، چمنزار و جنگل هستند که ضریب نفوذ آنها به ترتیب 0.011، 0.012، 0.06، 0.17، 0.20 و 0.50 است. به گفته لی و همکاران. [ 26 ]، فاصله معنایی بین کاربری های مجاور را به عنوان 1 واحد تعریف کنید، اگر L i و L j زمین و میدان/جاده بلااستفاده باشند، فاصله ( L i ,L j ) 2 واحد است، بنابراین اسهمترنهمنمنjبرابر 2/3 (1-2/6).
تابع ادغام برای پچ کاربری زمین i و پچ j مجاور آن است
که w 1 و w 2 وزن های هر شاخص هستند و وزن ها با اهمیت معیار از طریق روش همبستگی بین معیاری (CRITIC) ارائه می شوند.
در مرحله بعد، همه وصلههای کاربری زمین به صورت تکراری پردازش میشوند و اولویت ادغام برای تعیین وصله بهینه j مجاور برای ادغام با وصله کاربری زمین i استفاده میشود . این فرآیند تا زمانی ادامه مییابد که همه حوضههای S دارای مساحتی بزرگتر از δ باشند، یا تعداد حوضههای آبگیر در هر تکه زمین جداگانه بیشتر از 0 باشد، یا جهتهای جریان بین تمام لکههای مجاور متفاوت باشد. پایان این فرآیند تکراری نشان دهنده تکمیل فرآیند تقسیم S-حوضه است.
در نهایت، جهت جریان حوضه های S برای افزودن روابط بالادست/پایین دست بین حوضه های S استفاده می شود که در تحلیل های هیدرولوژیکی بعدی استفاده خواهد شد ( شکل 11 ). این فرآیند به بهبود دقت تقسیم حوضه کمک میکند و آستانهها و فرآیندهای تکراری این روش همچنین تضمین میکند که حوزههای حوضه آنقدر تکهتکه نشوند که مانع از کاربرد آنها در مدلهای هیدرولوژیکی در مقیاس بزرگ شود.
4. تجزیه و تحلیل تجربی و بحث
منطقه Dongcheng در منطقه Dongying در شهر Dongying چین ( شکل 12 ) به عنوان منطقه مورد مطالعه برای تایید روش پیشنهادی انتخاب شد. مساحت منطقه مورد مطالعه 44 کیلومتر مربع می باشد، که برای انجام وظیفه تقسیم حوضه نسبتاً بزرگ است. ناحیه دونگینگ (118°12’42”-118°59’52” طول شرقی و 37°14’13”-37°31’57” عرض جغرافیایی شمالی)، منطقه مرکزی شهر Dongying، در قسمت شمال شرقی واقع شده است. استان شاندونگ این منطقه از شرق با دریای بوهای و از غرب با رودخانه زرد همسایه است و به دو منطقه اصلی تقسیم می شود: دونگ چنگ و شیچنگ. Dongcheng منطقه اصلی این مطالعه است. از آنجایی که منطقه Dongying در عرض های جغرافیایی میانی قرار دارد، آب و هوای آن به طور همزمان تحت تأثیر قاره اوراسیا و غرب اقیانوس آرام قرار می گیرد و در نتیجه آب و هوای موسمی قاره ای گرم و معتدل ایجاد می کند. شصت و پنج درصد از بارندگی سالانه آن در ماه های تابستان می افتد و این منطقه را به شدت مستعد سیل می کند. علاوه بر این، زمین منطقه مورد مطالعه نسبتاً هموار است. و ارتفاع متوسط آن 6-8 متر است. منطقه مورد مطالعه شامل انواع زیادی از انواع کاربری های همزیستی، از جمله مناطق شهری بسیار توسعه یافته و زمین های زراعی روستایی است. با توجه به اینکه با توجه به مشهود نبودن نوسان ارتفاع در این منطقه، داده های توپوگرافی با وضوح بالا (مانند LIDAR، تشخیص نور و محدوده) برای به دست آوردن جهت های جریان واقعی ضروری است.27 ، 28 ].
از دو نوع داده تجربی استفاده شد. (1) داده های جغرافیایی پایه: داده های کاربری زمین، داده های برداری جاده، داده های برداری سیستم رودخانه، این داده های برداری از اداره منابع طبیعی استان شاندونگ مشتق شده اند. همچنین شامل تصاویر سنجش از دور با وضوح بالا 0.05 متر و داده های DEM با وضوح 0.5 متر است که از دفتر منابع طبیعی Dongying مشتق شده است. (2) داده های شبکه لوله: داده های مربوط به لوله های زهکشی (15151)، منهول ها (15791)، و خروجی های تخلیه (147) در شهر Dongying از اداره هواشناسی Dongying.
4.1. بخش حوضه آبریز منطقه مورد مطالعه
شکل 12 نتایج تقسیم را برای حوضه های آبریز FL، حوضه های SL و حوضه های S-حوضه در منطقه Dongcheng با استفاده از روش پیشنهادی نشان می دهد. مرزهای حوضه تولید شده با روش پیشنهادی شکل نسبتاً منظمی دارند و توزیع آنها با رودخانهها، شبکههای جادهای، شبکههای لولههای زهکشی و مرزهای ساختمان در محدوده مورد مطالعه مطابقت دارد. این توافق نشان می دهد که روش پیشنهادی با موفقیت برای اثرات زمین طبیعی و سیستم های زهکشی بر روی شبکه زهکشی و اثرات توزیع کاربری واقعی زمین بر رواناب سطحی به حساب می آید. در نتیجه، حوضه های به دست آمده با روش پیشنهادی با الگوهای زهکشی واقعی مطابقت دارند.
منطقه مورد مطالعه در نهایت به چهار حوضه آبریز FL، 111 حوضه SL و 804 حوضه S تقسیم شد. بزرگترین و کوچکترین حوضه به ترتیب 72.86 hm2 و 0.28 hm2 است . شایان ذکر است که حوضه های آبریز بزرگتر عمدتاً از انواع کاربری اراضی مانند برکه ها و تالاب ها تشکیل شده است. به استثنای این انواع زمین های خاص، مساحت سایر حوضه های آبریز بین 0.28 hm 2 و 25.63 hm 2 متغیر است.با SD (انحراف استاندارد) 3.18، که نشان می دهد شکل ها و اندازه های هندسی اکثر حوضه ها نسبتا یکنواخت هستند. علاوه بر این، حوضه های آبریز در مرکز شهر نسبتا کوچک هستند، در حالی که حوضه های آبریز در مناطق روستایی نسبتا بزرگ هستند، که نشان می دهد حوضه های تقسیم شده با روش پیشنهادی ناهمگونی فضایی رواناب سطحی را از تجزیه و تحلیل بصری منعکس می کند.
4.2. مقایسه با سایر روش ها و بحث
4.2.1. مقایسه کیفی
برای اعتبار بیشتر قابلیت اطمینان روش پیشنهادی، مقایسههایی بین DEM اصلی و DEM اصلاحشده با نوع زمین از نظر جهت جریان آنها انجام شد. همچنین مقایسههایی بین نتایج روش تقسیم حوضه پیشنهادی در این مطالعه و نتایج روش توسعهیافته توسط هوانگ و همکاران انجام شد. [ 18 ].
- (1)
-
مقایسه بین جهت جریان بر اساس DEM اصلی و DEM اصلاح شده
منطقه ای که شامل تاسیسات زهکشی مصنوعی است برای نشان دادن اثرات DEM اصلاح شده بر تجزیه و تحلیل جهت جریان استفاده شد. شکل 13 a جهت جریان تولید شده از DEM اصلی را نشان می دهد، در حالی که شکل 13 b جهت جریان تولید شده از DEM اصلاح شده توسط کاربری زمین را نشان می دهد. مستطیل های قرمز نشان می دهند که جهت جریان بر اساس DEM اصلی از ساختمان ها عبور می کند، که به وضوح با جریان های زمینی واقعی ناسازگار است.
از آنجایی که DEM اصلی ارتفاع ساختمان را در نظر نمی گیرد، این واقعیت که ساختمان ها مانع از جریان می شوند در تحلیل جهت جریان منعکس نمی شود. در مقابل، DEM اصلاحشده با کاربری زمین، ارتفاع ساختمانها را در نظر میگیرد، و بنابراین، زمانی که روش پیشنهادی برای تحلیل جهت جریان اعمال میشود، مانع جریانهای زمینی توسط ساختمانها میشود.
- (2)
-
مقایسه تقسیم حوضه بر اساس روش Voronoi و روش پیشنهادی
از آنجایی که کل منطقه مورد مطالعه نسبتا بزرگ است و شامل تعداد زیادی حوضه صید است، در هنگام استفاده از روش هوانگ و همکاران، تلاش محاسباتی زیادی را شامل می شود. [ 18 ] برای تقسیم حوضه آبریز. بنابراین، یک زیرمنطقه 1.6 کیلومتر مربعی از منطقه مورد مطالعه برای مقایسه روش پیشنهادی با روش Huang و همکاران انتخاب شد. [ 18 ]. شکل 14 الف حوضه های آبریز تقسیم شده با روش هوانگ و همکاران را نشان می دهد. [ 18]؛ هر حوضه حوضه شامل حداقل یک حوضه آبگیر یا نقطه حوضه طبیعی به عنوان نقطه زهکشی آن است، که نشان می دهد این روش تاثیرات زمین طبیعی و تاسیسات زهکشی بر جریان های زمینی را به حساب می آورد. با این حال، این روش اغلب به طور نامنظم یک ساختمان یا جنگل واحد را به چندین حوضه آبریز تقسیم میکند که در نتیجه با توزیع واقعی کاربری زمین (همانطور که در پانلهای زرد و سفید نشان داده شده است) ناسازگاری ایجاد میکند. علاوه بر این، از آنجایی که حوضه های آبگیر به طور یکنواخت توزیع نشده اند، اشکال هندسی حوضه ها نامنظم است. علاوه بر این، اگرچه روش هوانگ و همکاران. [ 18] نقاط حوضه طبیعی را در نظر می گیرد، تقسیم بندی ساده Voronoi منجر به یک حوضه با جهت جریان متفاوت می شود، که همچنین با رواناب سطحی واقعی ناسازگار است.
نتایج تقسیم حوضه روش پیشنهادی در شکل 14 ب نشان داده شده است. به وضوح، حوضه های حاصل از آن شبیه به آنهایی هستند که با روش هوانگ و همکاران تقسیم شده اند. [ 18 ]، و تمام حوضه های آبریز دارای یک نقطه زهکشی هستند. برخلاف روش هوانگ و همکاران. [ 18]؛ با این حال، حوضه های به دست آمده توسط روش پیشنهادی با مرزهای رودخانه های تنه و جاده ها سازگار است، و انواع کاربری مستمر زمین به مناطق حوضه آبریز متعدد تقسیم نمی شوند، که نشان می دهد که حوزه های حوضه به دست آمده با سطوح پیچیده زیرین و زمین سازگار است. استفاده از توزیع علاوه بر این، روش پیشنهادی به طور دقیق جهت جریان های زمینی واقعی را محاسبه می کند. به عنوان مثال، اگر دو کاربری مجاور دارای جهت جریان سطحی متفاوتی باشند، همچنان به دلیل جهتهای متفاوتشان به دو حوضه مختلف تقسیم میشوند (مانند دو لکه کاربری زمین در شکل 15) .، که جهت جریان مخالف دارند). علاوه بر این، با تعیین آستانههای ناحیه لکه و در نظر گرفتن عواملی مانند تعداد حوضههای صید در تکههای مجاور، روش پیشنهادی تضمین میکند که حوضههای تقسیمبندی شده دارای اشکال هندسی منظم هستند. در نتیجه، روش پیشنهادی میتواند ناهمگونی فضایی جریانهای زمینی با کاربریهای مختلف را به تصویر بکشد. رویکرد تکراری اتخاذ شده توسط روش پیشنهادی همچنین تضمین میکند که حوضههای حوضه نهایی آنقدر تکه تکه نمیشوند که استفاده از آنها در مدلهای هیدرولوژیکی برای مناطق بزرگ را ممنوع کند.
4.2.2. آنالیز کمی
به منظور اعتبارسنجی کمی دقت روش پیشنهادی، شاخصهای نرخ خطای جهت جریان (Error-FD) و تکه تکه شدن کاربریها ( Frag )، که میتواند سازگاری جهت جریان بین وضعیت واقعی و وضعیت در حوضههای تقسیمشده را منعکس کند، و سازگاری توزیع کاربری اراضی حوضه های آبریز تقسیم شده، انتخاب شده و برای مقایسه کمی با نتیجه توسط هوانگ و همکاران استفاده می شود. [ 18 ].
همانطور که در شکل 16 نشان داده شده است، چند ضلعی های رنگ زرد به معنای حوضه فرعی با روش پیشنهادی هستند، چند ضلعی های سبز تیسن نشان دهنده حوضه فرعی توسط Huang و همکاران است. [ 18 ]، خطوط آبی جهت جریان اصلی واقعی هستند (R FD ). با توجه به اصل روش هوانگ و همکاران. [ 18 ]، یعنی آب در هر حوضه به نقطه ریزش جریان می یابد (مانند نقطه A و B در شکل 16 )، جهت های جریان شبیه سازی شده توسط Huang و همکاران. می توان تعیین کرد. با این حال، این ممکن است به سازگاری با جریان های واقع بینانه منجر شود. به عنوان مثال، در ناحیه ای با رنگ نارنجی در شکل 16 ، خطوط نقطه چین قرمز جریان های اشتباه هستند (E FD) با استفاده از هوانگ و همکاران. به این دلیل که زاویه موجود بین جهت جریان اشتباه و جهت جریان واقعی بزرگتر از 90 درجه است. بر این اساس می توان عدد خطای جهت جریان (Error-FD) را شمارش کرد. با توجه به اینکه روش ما نشانگر جهت جریان واقعی را در نظر می گیرد، مسیریابی جریان با استفاده از روش ما مشابه جریان های واقعی است، Error-FD 0 است، که نشان می دهد روش ما در نگهداری جهت جریان واقعی بهتر عمل می کند. Error-FD از دو روش برای منطقه مورد مطالعه محاسبه می شود، عدد Error-FD با استفاده از روش Huang و همکاران. [ 18 ] 76 در منطقه نمونه (1.6 کیلومتر مربع ) هستند.
همانطور که در شکل 17 نشان داده شده است، خطوط رنگی زرد با روش پیشنهادی به معنی حوضه فرعی هستند، چند ضلعی های تیسن سبز نشان دهنده حوضه فرعی توسط Huang و همکاران، چند ضلعی های پر شده سبز و آبی به معنی لکه های کاربری زمین هستند (پچ A و B). بر این اساس، تکه تکه شدن وصله کاربری اراضی را می توان با محاسبه تعداد چند ضلعی های تقسیم شده تعیین کرد. به عنوان مثال، برای پچ A، توسط 4 زیرحوضه تیسن بر اساس روش هوانگ و همکاران جدا شد. [ 18 ]، تکه تکه شدن پچ A 4 است، به طور مشابه، تکه تکه شدن پچ B توسط Huang و همکاران. است 2. در حالی که تکه تکه شدن پچ A و B با استفاده از روش ما هر دو 1 هستند. Frag با استفاده از روش پیشنهادی و Huang et al. [ 18] در منطقه نمونه مورد مطالعه محاسبه شده است که به ترتیب 731 و 1680 می باشد. نسبت فراگ بین روش سنتی و روش پیشنهادی 2.3 است که نشان میدهد تقسیمبندی زیرحوضهها با استفاده از روش پیشنهادی با توزیع فضایی کاربریها همخوانی دارد.
با توجه به تجزیه و تحلیل، تقسیم حوضه های فرعی با استفاده از روش و روش پیشنهادی Huang et al. [ 18 ] خلاصه و مقایسه شده است، همانطور که در جدول 1 نشان داده شده است . مشخص شد که روش ما بهتر از روش هوانگ و همکاران عمل می کند. [ 18 ] از نظر سازگاری توزیع کاربری زمین و سازگاری جهت جریان. به طور خلاصه، روش ما برای تقسیم حوضه های فرعی برای مناطق بزرگ شهری قابل استفاده است.
5. نتیجه گیری ها
تقسیم حوضه یک پیش نیاز برای پیشبینی و هشدار زودهنگام آبگرفتگی شهری است و تقسیمبندی دقیق برای پیشگیری از بلایای شهری از اهمیت بالایی برخوردار است. اگرچه روش پیشرفته تأثیرات زمین طبیعی و لولههای زهکشی را در تقسیمبندی یک حوضه محاسبه میکند، اما از الگوریتم Voronoi به روشی نسبتاً ساده استفاده میکند. در نتیجه، حوضه های تقسیم شده با روش موجود با توزیع واقعی کاربری ها ناسازگار است. علاوه بر این، از آنجایی که این روش عمدتاً برای تقسیم حوضه ها در مناطق کوچک به کار می رود، ممکن است برای استفاده در مناطق بزرگ مناسب نباشد. برای رسیدگی به این مسائل، این مطالعه یک روش تقسیم زیرحوضه را پیشنهاد میکند که کاربریهای زمین و جهت جریان را در نظر میگیرد و بر اساس معرفی فرآیند تعدیل آستانه تطبیقی خودکار برای مناطق بزرگ مناسب است. روش پیشنهادی علاوه بر محاسبه توپوگرافی طبیعی و شبکه لولههای زهکشی، از لکههای کاربری زمین و جهت جریان برای بهبود دقت و سازگاری نتایج استفاده میکند. علاوه بر این، از یک الگوریتم تکراری برای اطمینان از سازگاری نتایج روش پیشنهادی با نیازهای تحلیلهای سیلاب در مقیاس بزرگ استفاده شد. نتایج زیر از یک مقیاس بزرگ (44 کیلومتر) گرفته شد علاوه بر این، از یک الگوریتم تکراری برای اطمینان از سازگاری نتایج روش پیشنهادی با نیازهای تحلیلهای سیلاب در مقیاس بزرگ استفاده شد. نتایج زیر از یک مقیاس بزرگ (44 کیلومتر) گرفته شد علاوه بر این، از یک الگوریتم تکراری برای اطمینان از سازگاری نتایج روش پیشنهادی با نیازهای تحلیلهای سیلاب در مقیاس بزرگ استفاده شد. نتایج زیر از یک مقیاس بزرگ (44 کیلومتر) گرفته شد2 ) تجزیه و تحلیل موردی شهر Dongying در چین.
(1) پس از تقسیم زیرحوضه کل منطقه مورد مطالعه، 804 حوضه به دست آمد. حوضه های آبریز شکل منظمی داشتند و مرزهای آنها با رودخانه های طبیعی، شبکه های جاده های مصنوعی، شبکه های لوله های زهکشی و ساختمان های داخل منطقه مطابقت داشت. این توافق نشان می دهد که روش پیشنهادی به اندازه کافی برای تأثیرات زمین طبیعی و تأسیسات مصنوعی بر جریان های زمینی حساب می کند. به استثنای برکه ها و تالاب ها، SD حوضه آبریز 3.18 بود و حوضه های آبریز در مرکز شهر بسیار کوچکتر از مناطق روستایی بود. این یافته نشان می دهد که روش پیشنهادی می تواند ناهمگونی فضایی حوضه های آبریز را در یک منطقه بزرگ نشان دهد و می تواند اطمینان حاصل کند که عناصر حوضه، به طور کلی، از نظر هندسی منظم هستند.
(2) با توجه به مقایسه محلی، تجزیه و تحلیل های کمی و کیفی برای تأیید صحت روش پیشنهادی انجام شد. برای تجزیه و تحلیل کیفی بصری، حوضه های تقسیم شده با روش پیشنهادی مشابه با روش هوانگ و همکاران بود. (2019)، و همه حوضه ها حداقل یک نقطه زهکشی (حوضه آبگیر یا حوضه طبیعی) داشتند. بنابراین، هر دوی این روشها میتوانند به طور واقع بینانه الگوهای زهکشی شهری را منعکس کنند. با این حال، روش این مقاله برتر از روش هوانگ و همکاران است. (2019) از نظر سازگاری با توزیع واقعی کاربریها و جهتهای جریان زمینی. برای تحلیل کمی، خطای-FD روش پیشنهادی 0 و نسبت Frag است.بین روش سنتی و روش پیشنهادی 2.3 است، که نشان می دهد روش ما در نگهداری جهت جریان واقعی و توزیع فضایی کاربری زمین بهتر عمل می کند.
روش پیشنهادی در این مقاله برای وظایف تقسیم حوضه آبریز در مناطق بزرگ هم مناسب و هم امکان پذیر است و حوضه های تقسیم شده با این روش به طور کلی با توزیع واقعی کاربری ها سازگار است که برای تقسیم حوضه با دقت بالا و واقع بینانه زمینی مهم است. جریان ها، بنابراین برای پیش بینی دقیق غرقابی شهری اهمیت دارند. با این حال، هنوز محدودیت هایی وجود دارد. به عنوان مثال، از آنجایی که استخراج حوضه های آبریز “واقعی” یک منطقه دشوار است، این روش تنها از طریق یک تحلیل مقایسه ای با روش های پیشرفته موجود تایید شده است. در آینده، روش پیشنهادی با یکپارچه سازی داده هایی مانند حجم جریان زهکشی اعتبار سنجی خواهد شد. علاوه بر این، آستانه مساحت وصله کاربری زمین (0. 12) در این روش برای اطمینان از مناسب بودن الگوریتم برای تقسیم مناطق بزرگ استفاده شد. با این حال، هنوز مشخص نشده است که آیا این مقدار آستانه برای مناطق دیگر مناسب است یا خیر. علاوه بر این، با توجه به اینکه تعاریف و طبقهبندی دادهها در شهرها/کشورهای مختلف متفاوت است، انتخاب رودخانه تنه و کانالها ممکن است متفاوت باشد، اما این تأثیر کمی بر تقسیمبندی زیرحوضه دارد. در کار آینده، الگوریتم های تجزیه و تحلیل جریان بهبود یافته، مانند روش دو پارامتری برای استخراج شبکه زهکشی و روش GeoNet، برای تعیین حوضه DB یکپارچه خواهند شد. در نهایت، مطالعات آینده بر روی ادغام سایر داده ها (به عنوان مثال، داده های ایستگاه پمپاژ زهکشی) به تفکیک حوضه ها با دقت بیشتری تمرکز خواهند کرد. هنوز مشخص نشده است که آیا این مقدار آستانه برای مناطق دیگر مناسب است یا خیر. علاوه بر این، با توجه به اینکه تعاریف و طبقهبندی دادهها در شهرها/کشورهای مختلف متفاوت است، انتخاب رودخانه تنه و کانالها ممکن است متفاوت باشد، اما این تأثیر کمی بر تقسیمبندی زیرحوضه دارد. در کار آینده، الگوریتم های تجزیه و تحلیل جریان بهبود یافته، مانند روش دو پارامتری برای استخراج شبکه زهکشی و روش GeoNet، برای تعیین حوضه DB یکپارچه خواهند شد. در نهایت، مطالعات آینده بر روی ادغام سایر داده ها (به عنوان مثال، داده های ایستگاه پمپاژ زهکشی) به تفکیک حوضه ها با دقت بیشتری تمرکز خواهند کرد. هنوز مشخص نشده است که آیا این مقدار آستانه برای مناطق دیگر مناسب است یا خیر. علاوه بر این، با توجه به اینکه تعاریف و طبقهبندی دادهها در شهرها/کشورهای مختلف متفاوت است، انتخاب رودخانه تنه و کانالها ممکن است متفاوت باشد، اما این تأثیر کمی بر تقسیمبندی زیرحوضه دارد. در کار آینده، الگوریتم های تجزیه و تحلیل جریان بهبود یافته، مانند روش دو پارامتری برای استخراج شبکه زهکشی و روش GeoNet، برای تعیین حوضه DB یکپارچه خواهند شد. در نهایت، مطالعات آینده بر روی ادغام سایر داده ها (به عنوان مثال، داده های ایستگاه پمپاژ زهکشی) به تفکیک حوضه ها با دقت بیشتری تمرکز خواهند کرد. اما این تأثیر کمی بر تقسیم زیرحوضه دارد. در کار آینده، الگوریتم های تجزیه و تحلیل جریان بهبود یافته، مانند روش دو پارامتری برای استخراج شبکه زهکشی و روش GeoNet، برای تعیین حوضه DB یکپارچه خواهند شد. در نهایت، مطالعات آینده بر روی ادغام سایر داده ها (به عنوان مثال، داده های ایستگاه پمپاژ زهکشی) به تفکیک حوضه ها با دقت بیشتری تمرکز خواهند کرد. اما این تأثیر کمی بر تقسیم زیرحوضه دارد. در کار آینده، الگوریتم های تجزیه و تحلیل جریان بهبود یافته، مانند روش دو پارامتری برای استخراج شبکه زهکشی و روش GeoNet، برای تعیین حوضه DB یکپارچه خواهند شد. در نهایت، مطالعات آینده بر روی ادغام سایر داده ها (به عنوان مثال، داده های ایستگاه پمپاژ زهکشی) به تفکیک حوضه ها با دقت بیشتری تمرکز خواهند کرد.
بدون دیدگاه