面向SWMM建模与顾及多要素的城市区域子流域自动划分方法

摘要

本发明涉及面向SWMM建模与顾及多要素的城市区域子流域自动划分方法，包括，步骤S1：使用待划分区域的DEM数据、基础地理数据、土地利用/覆盖数据以及雨水管网数据进行该区域的子流域自动建模；步骤S2：遵循地形得出河网出水口子流域；步骤S3：得出河网出水口子流域分割单元；步骤S4：划分得到雨水井子流域；步骤S5：将河网出水口子流域分割单元的雨水井子流域合并后进行拓扑检查与局部修正得到待划分区域子流域的最终几何形态；步骤S6：设置待划分区域子流域的属性信息，进行面向SWMM建模的子流域属性信息的自动计算。本发明考虑地形、水系、道路、人工建筑设施和雨水管网等多要素对城市地表雨水汇流过程的影响，实现城市区域内的子流域自动划分。

说明书

技术领域

本发明涉及信息领域，尤其涉及一种面向SWMM建模与顾及多要素的城市区域子流域自动划分方法。

背景技术

城市内涝灾害，因其威胁人类生命财产安全，严重影响社会与经济的可持续发展，已成为全世界普遍关注的热点问题。SWMM(Storm Water Management Model，暴雨洪水管理模型)作为一个动态的降水—径流模拟模型，能够用来对城市某一单一降水事件或长期的水量和水质进行模拟，能在一定程度上起到预测、预防以及缓解城市洪水的作用。在进行城市水文过程的模拟中，由于人类活动的影响，城市区域不可避免的要比自然流域面临更大的挑战，包括对输入数据的要求更高，汇流网络的模拟更复杂，以及地表与地下水流的交换更特殊，进而带来SWMM模建模数据处理复杂度高，应用门槛较高，使得该模型在城市内涝、防洪方面较难快速的建模、模拟与运用。为提高SWMM建模的数据处理的质量与效率，使各种高质量的数据源能够充分利用，高效、准确的城市地表子流域划分方法是其关键要素。所谓的城市地表子流域划分，即将城市区域划分成一系列水文响应几何单元，在单元内部计算产流，单元之间计算汇流。而面向SWMM建模的子流域划分不仅包含子流域几何形态(几何单元)的确定，高质量的子流域属性信息的赋值对于SWMM模型运算精度也发挥着至关重要的作用。对于子流域几何形态的确定，主要分为手动划分和自动划分两种方法。SWMM子流域手动划分其绘制流程有一些常用的规则，包括：1)将自然子流域作为初始条件；2)同一街区一般划分到相同单元；3)以雨水井为基本单位。手动划分方式虽精度较高，但在实际操作中很容易受人工的干扰，此外，以雨水井为基本单位进行子流域的划分，涉及到较大的城市区域，雨水井成千上万，划分效率较低。子流域自动划分方法主要分为三种模式：基于距离、基于地形以及基于多要素的划分方法。“基于距离”的地表自动划分主要根据地表单元与排水管网的距离进行划分，该方法简单高效，但没有考虑自然的汇流方向以及人工建筑设施的影响，因此带来较大的划分误差。“基于地形”的地表自动划分，该方法没有考虑人工设施的影响，而城市区域人工设施又是影响地表径流的重要因素之一。第三种模式基于多要素，主要是指同时考虑地形与人工建筑设施，这种方法能较为真实的描述地表水流过程，部分学者通过将道路、建筑物、水系、沟渠、坑塘等影响径流途径的地物要素融合进DEM进行子流域的划分，但DEM本身就已包含道路、建筑物、水系、等地表要素的高程信息，这种人为的修改DEM缺乏支撑依据，较低DEM精度的情况下存在较大的误差。对于子流域属性信息的赋值，一般都是人为设定，操作繁琐而且精度较低。由于人类活动造成的城市下垫面的复杂性，使得城市地表的降水汇流过程相比自然流域复杂，虽然从较大尺度来看雨水仍然遵循从高地形往低地形走向，但局部区域道路和人工河道对雨水有一定的疏导作用，凸起地面的人工建筑设施对雨水有一定的阻挡作用，而雨水管网在城市地下又形成了新的河道，因此，对于SWMM建模中子流域的几何形态的确定必须综合考虑地形地势、河网水系、道路管网和人工建筑设施等多种要素。另一方面，城市地表包含多种土地覆盖类型，如：水泥地、沥青路面、草地、林地、公园、建筑物等，这些复杂的土地覆盖类型带来子流域的部分属性信息(如不渗透率、曼宁系数、蓄水能力)值的差距，而这些属性信息是影响SWMM模拟精度的重要因素，因此，对于SWMM子流域属性信息的赋值必须综合各种土地覆盖类型，进行精细化计算。综上所述，目前缺少一种既高效又准确的且面向SWMM建模的子流域划分方法。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种面向SWMM建模与顾及多要素的城市区域子流域自动划分方法，旨在解决了当前存在的子流域手动划分效率低下和自动划分划分精度低的问题；提供SWMM建模所需要的较为精确的子流域空间(几何形态)与属性信息，大幅度提高了SWMM模拟的数据处理的质量与效率，使得SWMM模拟结果能够更为准确的起到预测、预防以及缓解城市洪水的作用。

本发明提供了面向SWMM建模与顾及多要素的城市区域子流域自动划分方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：使用待划分区域的DEM(Digital Elevation Model，数字高程模型)数据、基础地理数据、土地利用/覆盖数据以及雨水管网数据进行该区域的子流域自动建模；

步骤S2：对待划分区域的DEM数据做处理，确定水流流向，遵循地形得出河网出水口子流域；

步骤S3：从待划分区域的基础地理数据中提取得到道路线和河流边线，与所述河网出水口子流域叠加，做分割处理，得出河网出水口子流域分割单元；

步骤S4：基于所述河网出水口子流域分割单元、DEM数据、基础地理数据以及雨水管网数据划分得到所有河网出水口子流域分割单元内的雨水井子流域；

步骤S5：将所述河网出水口子流域分割单元的雨水井子流域合并后进行拓扑检查与局部修正得到待划分区域子流域的最终几何形态；

步骤S6：基于待划分区域的DEM数据、基础地理数据、土地利用/覆盖数据设置待划分区域子流域的属性信息，进行面向SWMM建模的子流域属性信息的自动计算。

进一步地，SWMM建模区域，涉及到大片面积的雨水管网，而铺设雨水管网的区域往往包含各种人工设施和纵横交错的道路。这些雨水管网、人工设施包括道路将疏通或阻隔局部区域内的水流，但大尺度范围内，水流依旧是遵循地形，具有从高到低的走向。因此，河网出水口依旧是城市排水系统水流的最终汇集地，是城市排水网络最基本的“骨架”。虽然SWMM的子流域划分是微观尺度上的划分，这里宏观尺度上河网出水口的子流域划分虽对水文模拟的计算没有直接作用，但通过提取出宏观汇水网络的轮廓，并建立排水系统出水口在河网中位置，确保河网出水口子流域之间不存在水流交换，再与微观雨水井子流域结合将形成完整的城市水流汇流过程。因此，所述步骤S2包括以下步骤：

步骤S21：对待划分区域的DEM数据做填洼处理，得到无洼地的DEM数据；

步骤S22：依照地形地势分析区域内的河网分布，确定水流流向，得出河网出水口；

步骤S23：提取各河网出水口对应的子流域外界轮廓；

步骤S24：对比排水管网节点与河道单元空间位置，建立两者之间的空间拓扑关系，进而划分得到河网出水口子流域。

进一步地，为确保微观尺度上雨水井子流域划分的准确性，本发明充分考虑城市区域内水系(包括天然河道、人工河道、湖泊、小池塘沟渠等)和道路主干道对雨水的疏导与汇流作用。暴雨时，水系附近的水将汇流入水系，水系一侧的雨水井必然不会汇流水系另一侧的雨水。同理而言，对于道路，道路一侧的水部分流进雨水井，部分汇流进道路，而城市道路主干道中心线的两侧通常会分布有雨水井，进入路面的雨水将流入雨水井，或沿道路往地势低的区域汇流，所以在路面中水未溢出之前，主干道一侧的雨水井必然不会汇流另一侧的雨水。为了避免道路积水，道路设计遵循道路中心高度高于两侧的原则，因此，对于分布在道路中的雨水井，将分工汇流道路中心线不同侧边的雨水。因此，所述步骤S3包括以下步骤：

步骤S31：基于步骤S2得到的所述河网出水口子流域，完成河流边线和道路主干道中心线的自动提取；

步骤S32：利用所述河流边线和道路主干道中心线对河网出水口子流域进行分割，得到河网出水口子流域的分割单元。

进一步地，城市区域中雨水井分布主要包含两种情况，一种是雨水井分布在大块地物上，如大型公园或者操场等，另一种是雨水井分布在建筑物(凸起地面)密集区域。对于连续的大块地物单元(如公园、操场)包含的雨水井受其它人工设施干扰较小，汇流网络基本还是以自然地形和距离而定，流向固定的雨水井，而对于建筑物密集区域，汇流网络还要充分考虑大片凸起建筑物的阻水作用。

在每个河网出水口流域分割单元内虽地形高差较小，但在划分精度要求较高的情况下，地形因素对雨水流向的影响不可忽略。为避免区域内雨水出现爬坡现象，本发明基于GIS水文分析方法和DEM数据，分析出区域内的“山脊”，提取得到地形分水线，并提取出每个河网出水口子流域分割单元对应地形分水线，进而利用其约束整个划分过程。

因此，所述步骤S4包括以下步骤：

步骤S41：基于GIS水文分析方法和DEM数据，分析出区域内的“山脊”，提取出每个河网出水口子流域分割单元对应地形分水线；

步骤S42：提取出每个河网出水口子流域分割单元对应的建筑分水线；

步骤S43：从雨水管点数据中筛选出雨水井并提取出每个河网出水口子流域分割单元对应的雨水井；

步骤S44：利用S41中得到的地形分水线、S42中得到的建筑分水线、S43中得到的雨水井，划分得到每个河网出水口子流域分割单元内的雨水井子流域。

进一步地，将所有河网出水口子流域分割单元的雨水井子流域合并后进行拓扑检查与局部修正即可得到子流域最终几何形态。由于本发明划分过程约束条件较多，将所有河网出水口分割单元的雨水井子流域合并会出现有少量封闭区域，所以本发明着重设计算法实现封闭区域的局部修正，拓扑检查则通过ArcGIS软件里自带的拓扑检查工具完成。封闭区域是指提取分水线或河网出水口边线时的局部误差所导致的少量区域内的雨水被地形分水线、建筑分水线、河网出水口子流域边线、河网出水口分割单元边线中的两种或两种以上类型的线所包围而无法流向任意雨水井的区域。具体地，所述步骤S5包括以下步骤：

步骤S51：将雨水井图层与雨水井子流域图层叠加作空间相交操作；

步骤S52：筛选出不含雨水井的子流域，将其设置为封闭区域；

步骤S53：判断封闭区域是否与某水系相邻，若满足条件，则该区域雨水流向水系，否则进入步骤S54；

步骤S54：判断封闭区域是否与整个流域边界区域相邻，若满足条件，则直接删除该封闭区域，否则进入步骤S55；

步骤S55：判断封闭区域是否与道路相交，若满足条件，则采用定义封闭区域边界类型第一优先级别方式进行修正；若不满足条件，则采用定义封闭区域边界类型第二优先级别方式进行修正。

进一步地，面向SWMM建模的子流域属性信息自动计算。目前很多基于GIS的插件都可以实现GIS格式数据向SWMM格式转换，因此建模的关键点在于设置子流域的属性信息，保证其提供SWMM模型水文模拟所需要的信息，如子流域不透水率、平均坡度与曼尼系数等。目前SWMM建模中这些属性信息一般都是人为设定，操作繁琐而且精度较差。因此，本发明基于DEM数据、基础地理数据、土地利用/覆盖数据，利用GIS中的几何计算、空间分析、栅格计算等方法，设计算法，完成雨水井子流域属性信息即高效、自动又准确、精细的计算与赋值。所述步骤S6的面向SWMM建模的子流域属性信息的计算流程如下：

步骤S601：建立X-Coord、Y-Coord和Area属性(含义分别为子流域质心的水平坐标、子流域质心的垂直坐标和子流域面积)，使用GIS矢量图形几何计算工具循环完成每一子流域的X-Coord、Y-Coord和Area属性的自动计算。

步骤S602：建立Width属性(含义为子流域坡面径流路径的特征宽度)，采用计算公式：Width＝Area/MaxLenth(Area为每一子流域的面积，MaxLenth为每一子流域的最大坡面径流长度)循环完成每一子流域Width属性值的自动计算。Area在步骤S61中已算出，MaxLenth根据基于DEM的水文分析工具计算得出。

步骤S603：建立Slope属性(含义为子流域平均坡度)，将DEM数据与子流域图层进行叠加，利用GIS中坡度提取工具，计算得出每一子流域的Slope属性值。

步骤S604：建立Imperv属性(含义为子流域中不透水区域面积占整个子流域面积的比例)，分别将每一土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析，计算得出每一种地表覆盖类型在该子流域的所占面积，再将所有地表覆盖类型根据其自身的透水性和不透水性划分为两类，分别为透水地表覆盖类型和不透水地表覆盖类型，最后结合每一地表覆盖类型在每一子流域的所占面积，计算出每一子流域Imperv属性值，计算公式如下：

Imperv＝(不透水地表覆盖类型1所占面积+不透水地表覆盖类型2所占面积+…+不透水地表覆盖类型N所占面积)/Area

公式中N为不透水地表覆盖类型种类数目，Area为每一子流域的面积。

步骤S605：建立N-Imperv属性(含义为子流域中不透水区域的曼宁系数)。计算步骤如下：(1)分别将每一土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析；(2)计算出每一子流域不透水区域面积：n-imperv-area；(3)计算出每一子流域中的不透水区域中每种地表覆盖类型所占面积：cover-area；(4)结合不透水区域中每种地表覆盖类型曼宁系数：manning，加权计算出每一子流域的N-Imperv属性值，计算公式：

N-Imperv＝manning1×(cover-area1/n-imperv-area)+manning2×(cover-area2/n-imperv-area)+…+manningN×(cover-areaN/n-imperv-area)

公式中N为不透水区域中地表覆盖类型种类数目。

步骤S606：建立N-Perv属性(含义为子流域中透水区域的曼宁系数)。计算步骤如下：(1)分别将每一土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析；(2)计算出每一子流域透水区域面积：n-perv-area；(3)计算出每一子流域中的透水区域中每种地表覆盖类型所占面积：cover-area；(4)结合透水区域中每种地表覆盖类型曼宁系数：manning，加权计算出该子流域的N-Perv属性值，计算公式：

N-Perv＝manning1×(cover-area1/n-perv-area)+manning2×(cover-area2/n-perv-area)+…+manningN×(cover-areaN/n-perv-area)

公式中N为透水地表覆盖类型种类数目。

步骤S607：建立Dstore-Imperv属性(含义为子流域不透水部分洼地蓄水深度)，分别将每一土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析，计算每一子流域中不透水区域中主要的地表覆盖类型对应的蓄水能力，即为Dstore-Imperv属性值。

步骤S608：建立Dstore-Perv属性(含义为子流域透水部分洼地蓄水深度)，分别将每一土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析，计算每一子流域中透水区域中主要的地表覆盖类型对应的蓄水能力，即为Dstore-Perv属性值。

步骤S609：建立Zero-Imperv属性(含义为子流域不透水部分有蓄水能力的区域比例)，基于土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析，分析出不透水区域中具有蓄水能力的地表覆盖类型在该子流域的面积占比，从而计算得出每一子流域Zero-Imperv属性值。

步骤S610：建立Subarea Routing属性(含义为子流域内透水与不透水区域之间路径方式)，其属性值为：“IMPERV”、“PERV”或“OUTLET”。IMPERV:水流从透水到不透水；PERV:水流从不透水到透水；OUTLET:水流从两个区域直接流向出口。计算方法如下：(1)将土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析，将子流域中透水和不透水区域提取出来，得到子流域透水区域图层和不透水区域图层；(2)将DEM数据分别与透水区域图层、不透水区域图层以及雨水井图层做叠加分析，进而得出每一子流域透水区域平均高程、不透水区域平均高程以及出口高程；(3)判断：如果透水区域平均高程大于不透水区域平均高程则Subarea Routing取值为：IMPERV，如果不透水区域平均高程大于透水区域平均高程则Subarea Routing取值为：PERV，如果不透水区域平均高程等于透水区域平均高程则Subarea Routing取值为：OUTLET。

进一步地，考虑到城市区域内人工建筑设施数量之多，是城市流域中的重要组成部分，因此，人工建筑设施对雨水流向的影响则为划分中更为重要的考虑因素。在城市流域中，雨水如若遇到人工建筑设施则会沿建筑物边线流向两侧或流向反方向，建筑设施顶部收集的雨水则以建筑物分水线为界限流向不同侧边。为均匀分配建筑物顶部收集的雨水和避免雨水出现穿越建筑物现象，所述步骤S42中提取每个河网出水口子流域分割单元对应的建筑分水线的步骤包括：

步骤一：从所述基础地理数据中筛选出建筑物；

步骤二：将相邻无缝隙的建筑物合并为一个要素；

步骤三：将合并完成的矢量建筑物栅格化，并做二值化处理；

步骤四：从二值化处理后的建筑物栅格图层中提取得到的建筑物分水线。

进一步地，为保证划分的高度自动化，综合考虑自然地形、距离和人工建筑物对水流方向的影响，在单个河网出水口流域分割单元内，首先假设地表较平坦且无建筑物阻隔，依据区域距离雨水井的距离远近划分雨水井子流域，然后利用地形分水线和建筑分水线设计算法对其几何形态进行修改。具体地，所述步骤S44中划分雨水井子流域的步骤包括：

步骤一：依据河网出水口子流域分割单元内每一城市地表区域距离雨水井距离的远近划分雨水井子流域，即以河网出水口子流域分割单元内所有雨水井为种子点，利用Voronoi图将距离每一雨水井最近的城市地表区域划分为每一雨水井所汇流的雨水井子流域；

步骤二：利用地形分水线和建筑分水线将每一分割单元对应的雨水井子流域中的不合理区域分离出来，若不合理区域个数大于零则进入步骤三，否则进入步骤五；

步骤三：分配不合理区域，得到分配完成后的雨水井子流域；对步骤二中分离出来的所有不合理区域执行如下操作：a：找出不合理区域的相邻区域；b:判断该相邻区域是否被地形分水线或建筑分水线阻隔，如未被阻隔，则将该区域加入待分配区域；c：以地形分水线和建筑分水线和距离为约束条件，将不合理区域按待分配区域的个数N分割成M(M<＝N，部分不符合条件区域被剔除)块；d：将M块区域与其对应的待分配相邻区域合并；e：得到分配完成后的雨水井子流域。完成对所有不合理区域分配后，进入步骤四；

步骤四：再次利用地形分水线和建筑分水线检查步骤三中得到的雨水井子流域是否出现新的不合理区域，若出现则返回步骤三，否则进入步骤五；

步骤五：将每一河网出水口分割单元对应得到的合理雨水井子流域合并到一个图层，得到整个流域中完整的雨水井子流域。

进一步地，所述的封闭区域为提取分水线或河网出水口边线时的局部误差所导致的少量区域内的雨水被地形分水线、建筑分水线、河网出水口子流域边线、河网出水口分割单元边线中的两种或两种以上类型的先所包围而无法流向任意雨水井的区域。

进一步地，步骤S55中所述的第一优先级别方式为建筑分水线＞地形分水线＞河网出水口分割单元边线＞河网出水口子流域边线；第二优先级别方式为建筑分水线＞河网出水口分割单元边线＞地形分水线＞河网出水口子流域边线。

由上述技术方案可知，本发明提供的面向SWMM建模与顾及多要素的城市区域子流域自动划分方法的技术效果在于：

1.综合考虑地形、水系、道路、人工建筑设施和雨水管网等多要素对城市地表雨水汇流过程的影响，尤其是城市局部流域中人工建筑设施和地面起伏对雨水流向的改变作用，汲取目前存在的子流域手动划分和自动划分的优缺点，实现城市大面积区域内即准确、又高效的子流域自动划分。

2.充分考虑城市地表的复杂性，尤其是人工设施造成的地形与下垫面覆盖的突变性，顾及城市地形、水系、道路、人工建筑设施和雨水管网等多要素，实现较高程度的子流域划分(包括几何形态的确定和属性信息的赋值)自动化，解决了高质量的SWMM模型在城市内涝应用中建模难度大，应用门槛很高，建模效率低等问题。

3.提供SWMM建模所需要的较为精确的子流域空间与属性信息，大幅度提高了SWMM模拟的数据处理的质量与效率，使得SWMM模拟结果能够更为准确的起到预测、预防以及缓解城市洪水的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1示出了本发明实施例所提供的面向SWMM建模与顾及多要素的城市区域子流域自动划分方法的流程图；

图2示出了本发明实施例所提供的面向SWMM建模与顾及多要素的城市区域子流域自动划分方法的具体应用框图；

图3示出了本发明实施例所提供的一河网出水口子流域分割单元unit1按距离划分的雨水井子流域与不合理划分区域分布图；

图4示出了本发明实施例所提供的一河网出水口子流域分割单元unit1划分得到的合理雨水井子流域分布图；

图5示出了本发明实施例所提供的面向SWMM建模与顾及多要素的城市区域子流域自动划分方法的雨水井子流域划分算法流程图；

图6示出了本发明实施例所提供的面向SWMM建模与顾及多要素的城市区域子流域自动划分方法的子流域封闭区域局部修正算法流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。下面结合附图与具体实施例对本发明的做进一步详细说明：

根据图1所示，本发明实施例提供了面向SWMM建模与顾及多要素的城市区域子流域自动划分方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：使用待划分区域的DEM数据、基础地理数据、土地利用/覆盖数据以及雨水管网数据进行该区域的子流域自动建模；

步骤S2：对待划分区域的DEM数据做处理，确定水流流向，遵循地形得出河网出水口子流域；

步骤S3：从待划分区域的基础地理数据中提取得到道路线和河流边线，与所述河网出水口子流域叠加，做分割处理，得出河网出水口子流域分割单元；

步骤S4：基于所述河网出水口子流域分割单元、DEM数据、基础地理数据以及雨水管网数据划分得到所有河网出水口子流域分割单元内的雨水井子流域；

步骤S5：将所述河网出水口子流域分割单元的雨水井子流域合并后进行拓扑检查与局部修正得到待划分区域子流域的最终几何形态；

步骤S6：基于待划分区域的DEM数据、基础地理数据、土地利用/覆盖数据设置待划分区域子流域的属性信息，进行面向SWMM建模的子流域属性信息的自动计算。

本实施例中，使用某区域(面积415.34ha)的DEM数据、基础地理数据、土地利用/覆盖数据以及雨水管网数据，完成该区域的子流域自动建模。区域水系面积占比19.19％，人工建筑设施面积占比26.25％，地表不渗透率约为58％，主干道路长度23.58km，雨水管网总长度54.47km。该区域覆盖有水系、公园、学校、广场、商业区、居民区等，是一个构成完整的城市流域。

实施步骤如下如图2所示：

步骤一：对该区域的DEM数据做填洼处理，利用无洼地DEM数据，分析该区域内的河网分布，并确定水流流向，得出河网出水口，再提取各河道单元出水口对应的子流域外界轮廓，对比排水管网节点与河道单元空间位置，建立两者之间的空间拓扑关系，最终划分得到河网出水口子流域。

步骤二：从该区域的基础地理数据中提取得到道路线和河流边线，将它们合并为一个图层，利用该图层与步骤一中得到的河网出水口子流域叠加，做分割处理，得到河网出水口子流域分割单元。

步骤三：利用该区域DEM数据、雨水管网数据、基础地理数据以及步骤二中得到的河网出水口子流域分割单元划分得到雨水井子流域。详细步骤如下：

步骤(1)：提取河网出水口子流域分割单元对应地形分水线。利用整个区域的DEM数据提取地面的平面曲率、地面正地形以及地面负地形，取正地形上平面曲率的大值并做矢量化处理即可得到整个区域的地形分水线。将整个区域地形分水线分割为河网出水口子流域分割单元对应区域，得到每个分割单元对应地形分水线图层。

步骤(2)：提取河网出水口子流域分割单元对应建筑分水线。①从整个区域基础地理数据中筛选出建筑物；②将相邻且无缝隙的建筑物合并为一个要素；③将合并完成的矢量建筑物栅格化，并做二值化处理；④从二值化处理后的建筑物栅格图层中提取得到建筑物分水线；⑤将整个区域地形分水线分割为河网出水口子流域分割单元对应区域，得到每个分割单元对应建筑分水线图层。

步骤(3)：提取河网出水口子流域分割单元对应雨水井。从雨水管点图层中筛选出所有雨水井要素，导出雨水井要素得到雨水井图层，并将该图层分割为河网出水口子流域分割单元对应区域，得到每个分割单元对应雨水井图层。

步骤(4)：划分雨水井子流域。如图5所示，对每个河网出水口子流域分割单元做如下操作(这里以河网出水口子流域分割单元—unit1为例进行说明)：

步骤①：基于unit1对应的雨水井图层，按距离划分得到雨水井子流域，如图3上图所示。

步骤②：利用地形分水线和建筑分水线将步骤①中得到的雨水井子流域中出现雨水爬坡或雨水穿越建筑物现象的不合理区域分离出来，得到多个不合理区域，如图3下图所示：进入步骤③

步骤③：分配不合理区域。对步骤②中分离出来的所有不合理区域执行如下步骤：如图5所示：a：找出不合理区域的相邻区域，进入步骤b；b：遍历判断每个相邻区域是否被地形分水线或建筑分水线阻隔，如未被阻隔，则将该区域加入待分配区域，遍历完成后进入步骤c；c：以地形分水线和建筑分水线和距离为约束条件，将不合理区域按待分配区域的个数N分割成M(M<＝N，部分不符合条件区域被剔除)块，分割完成后进入步骤d；d：将M块区域与其对应的待分配相邻区域合并，合并完成后进入步骤e；e：得到分配完成后的雨水井子流域。完成所有不合理区域的分配后，进入步骤④。

步骤④：再次利用地形分水线和建筑分水线检查步骤③中得到的雨水井子流域是否出现新的不合理区域，如出现则进入步骤③，否则进入步骤⑤。

步骤⑤：最终得到unit1合理雨水井子流域，如图4所示。

步骤(5)：合并每个河网出水口分割单元对应的雨水井子流域图层为一个图层。

步骤(6)：子流域封闭区域局部修正与拓扑检查。最终得到整个区域的雨水井子流域几何形态。

1)子流域封闭区域局部修正，步骤如下，如图6所示：

步骤①：该区域雨水井图层与步骤(3)中得到的雨水井子流域所在图层叠加作空间相交操作，进入步骤②。

步骤②：删选得到封闭区域，进入步骤③。

步骤③：遍历并修正②中封闭区域，操作如步骤④～步骤⑦，遍历修正完成后进入步骤⑧。

步骤④：判断封闭区域是否与某水系相邻，若满足条件，则该区域雨水流向水系，否则进入步骤⑤。

步骤⑤：判断封闭区域是否与整个流域边界区域相邻，若满足条件，则直接删除该封闭区域，否则进入步骤⑥。

步骤⑥：判断该区域是否出现在道路上，或与道路相交，若满足条件，则采取定义封闭区域边界类型优先级别的方式进行修正。优先级别如下：建筑分水线>地形分水线>河网出水口分割单元边线>河网出水口子流域边线。若不满足条件，进入步骤⑦。

步骤⑦：采取定义封闭区域边界类型优先级别的方式进行修正。优先级别如下：建筑分水线>河网出水口分割单元边线>地形分水线>河网出水口子流域边线。

步骤⑧：完成子流域封闭区域局部修正后得到修正后雨水井子流域。

2)通过ArcGIS软件里自带的拓扑检查工具完成该区域子流域划分结果的拓扑检查。

步骤(7)：利用该区域DEM数据、基础地理数据、土地利用/覆盖数据，完成雨水井子流域属性信息的计算与赋值。计算步骤如下：

步骤1)：建立X-Coord、Y-Coord和Area属性，使用GIS矢量图形几何计算工具循环完成每一子流域的X-Coord、Y-Coord和Area属性的自动计算。

步骤2)：建立Width属性，采用计算公式：Width＝Area/MaxLenth循环完成每一子流域Width属性值的自动计算。Area在步骤1)中已算出，MaxLenth根据基于DEM的水文分析工具计算得出。

步骤3)：建立Slope属性，将DEM数据与子流域图层进行叠加，利用GIS中坡度提取工具，计算得出每一子流域的Slope属性值。

步骤4)：建立Imperv属性，分别将该区域每一土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析，计算得出每一种地表覆盖类型在该子流域的所占面积，再将所有地表覆盖类型根据其自身的透水性和不透水性划分为两类，分别为透水地表覆盖类型和不透水地表覆盖类型，最后结合每一地表覆盖类型在每一子流域的所占面积，计算出每一子流域Imperv属性值，计算公式：

Imperv＝(不透水地表覆盖类型1所占面积+不透水地表覆盖类型2所占面积+…+不透水地表覆盖类型N所占面积)/Area。

步骤5)：建立N-Imperv属性。计算步骤如下：①分别将该区域每一土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析；②计算出每一子流域不透水区域面积：n-imperv-area；③计算出每一子流域中的不透水区域中每种地表覆盖类型所占面积：cover-area；④结合不透水区域中每种地表覆盖类型曼宁系数：manning，加权计算出每一子流域的N-Imperv属性值，计算公式：

N-Imperv＝manning1×(cover-area1/n-imperv-area)+manning2×(cover-area2/n-imperv-area)+…+manningN×(cover-areaN/n-imperv-area)

步骤6)：建立N-Perv属性。计算步骤如下：①分别将每一土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析；②计算出每一子流域透水区域面积：n-perv-area；③计算出每一子流域中的透水区域中每种地表覆盖类型所占面积：cover-area；④结合透水区域中每种地表覆盖类型曼宁系数：manning，加权计算出该子流域的N-Perv属性值，计算公式：

N-Perv＝manning1×(cover-area1/n-perv-area)+manning2×(cover-area2/n-perv-area)+…+manningN×(cover-areaN/n-perv-area)

步骤7)：建立Dstore-Imperv属性，分别将该区域每一土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析，计算每一子流域中不透水区域中主要的地表覆盖类型对应的蓄水能力，即为Dstore-Imperv属性值。

步骤8)：建立Dstore-Perv属性，分别将每一土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析，计算每一子流域中透水区域中主要的地表覆盖类型对应的蓄水能力，即为Dstore-Perv属性值。

步骤9)：建立Zero-Imperv属性，利用该区域土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析，分析出不透水区域中具有蓄水能力的地表覆盖类型在该子流域的面积占比，从而计算得出每一子流域Zero-Imperv属性值。

步骤10)：建立Subarea Routing属性，计算方法如下：①将土地利用/覆盖数据图层与子流域图层进行叠加分析，将子流域中透水和不透水区域提取出来，得到子流域透水区域图层和不透水区域图层；②将DEM数据分别与透水区域图层、不通水区域图层以及雨水井图层做叠加分析，进而得出每一子流域透水区域平均高程、不透水区域平均高程以及出口高程；③判断：如果透水区域平均高程大于不透水区域平均高程则Subarea Routing取值为：IMPERV，如果不透水区域平均高程大于透水区域平均高程则Subarea Routing取值为：PERV，如果不透水区域平均高程等于透水区域平均高程则Subarea Routing取值为：OUTLET。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。