基于数字高程模型的区域潜水蒸发量的测量方法及装置与流程

本发明涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种基于数字高程模型的区域潜水蒸发量的测量方法及装置。

背景技术：

当前水资源评价、基坑降水、采矿疏干等地下水环境影响评价涉及到地下水开发利用和地下水补排等领域，均要求建立对应地区的地下水数值模型。在地下水数值模型的建立过程中，除了需要掌握含水层物理特征外，还需要掌握待评价地区的水文地质参数等资料。水文地质参数对于地下水流动问题来讲是至关重要的。水文地质参数中，特别在干旱区，蒸发排泄，是一种最主要的地下水排泄方式。

但是，大区域潜水蒸发的计算，一般除了理论推导，就是卫星遥感方法。卫星遥感受到地面校准的限制，依然无法保证足够的精确性。理论推导具有普遍性，但是，在实际计算中，往往需要有较详尽的数据和长期的实验数据支撑，才能进行计算，也存在模型的建立和理解上，存在难度和使用瓶颈。在实际应用当中，由于实际条件和人力物力限制，许多研究区往往缺乏翔实的实验数据，或只有单点数据，无法满足区域潜水蒸发量计算工作精确计算的需求。

在这种情况下，除了具有一定数据积累的地区，可以通过理论计算进行推导，或利用遥感数据进行估计外，就只能凭借水文地质工作者的经验进行人工参数分区，由此大大增加了区域潜水蒸发量的计算误差。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种基于数字高程模型的区域潜水蒸发量的测量方法。

为此目的，本发明提出了一种基于数字高程模型的区域潜水蒸发量的测量方法，包括：

根据待测区域的数字高程模型DEM，获取所述待测区域内每个栅格的地面绝对高程值；

根据所述每个栅格的地面绝对高程值，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水埋深；

根据所述潜水埋深，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量；

根据所述待测区域内的不同地面绝对高程值对应栅格的个数，以及不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，确定整个所述待测区域的潜水蒸发量。

可选的，所述根据每个栅格的地面绝对高程值，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水埋深，具体采用以下公式进行计算：

其中，a、b为常系数，H为潜水埋深，H_L为地面绝对高程值。

可选的，所述根据潜水埋深，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，具体采用以下公式进行计算：

其中，c、d为常系数，E_max为潜水埋深H对应的最大潜水蒸发量，E为地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，η为经验常数，E₂₀为已知的小型蒸发量。

可选的，所述潜水埋深H对应的最大潜水蒸发量E_max可以采用以下公式进行计算：

E_max＝cH^d

其中，c、d为常系数。

可选的，所述根据待测区域内的不同地面绝对高程值对应栅格的个数，以及不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，确定整个所述待测区域的潜水蒸发量，包括：

计算不同地面绝对高程值对应栅格的个数；

将当前地面绝对高程值对应栅格的个数乘以当前地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，得到当前地面绝对高程值对应区域的潜水蒸发量；

将不同地面绝对高程值对应区域的潜水蒸发量进行求和，得到个所述待测区域的潜水蒸发量。

另一方面，本发明实施例还提供了一种基于数字高程模型的区域潜水蒸发量的测量装置，包括：

高程值获取模块，用于根据待测区域的数字高程模型DEM，获取所述待测区域内每个栅格的地面绝对高程值；

潜水埋深确定模块，用于根据所述每个栅格的地面绝对高程值，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水埋深；

栅格蒸发量确定模块，用于根据所述潜水埋深，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量；

区域蒸发量确定模块，用于根据所述待测区域内的不同地面绝对高程值对应栅格的个数，以及不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，确定整个所述待测区域的潜水蒸发量。

可选的，所述潜水埋深确定模块根据每个栅格的地面绝对高程值，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水埋深具体采用以下公式进行计算：

其中，a、b为常系数，H为潜水埋深，H_L为地面绝对高程值。

可选的，所述栅格蒸发量确定模块根据所述潜水埋深，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量具体采用以下公式进行计算：

其中，c、d为常系数，E_max为潜水埋深H对应的最大潜水蒸发量，E为地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，η为经验常数，E₂₀为已知的小型蒸发量。

可选的，所述潜水埋深H对应的最大潜水蒸发量E_max可以采用以下公式进行计算：

E_max＝cH^d

其中，c、d为常系数。

可选的，所述区域蒸发量确定模块具体包括：

个数统计单元，用于计算不同地面绝对高程值对应栅格的个数；

第一计算单元，用于将当前地面绝对高程值对应栅格的个数乘以当前地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，得到当前地面绝对高程值对应区域的潜水蒸发量；

第二计算单元，用于将不同地面绝对高程值对应区域的潜水蒸发量进行求和，得到个所述待测区域的潜水蒸发量。

本发明实施例提供的一种基于数字高程模型的区域潜水蒸发量的测量方法及装置，在资料不足的研究区域，通过获取待测区域的DEM模型的地面绝对高程值，根据高程值与潜水蒸发量之间的关系，即可自动计算出整个待测区域的精确的潜水蒸发量，由此，本发明提供的技术方案，测量结果准确性高，所需数据较少，且数据获取简单，实现步骤简洁明了，且能够极大的节省现场勘测的人力物力资源。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种基于数字高程模型的区域潜水蒸发量的测量方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于数字高程模型的区域潜水蒸发量的测量装置的框架示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明实施例提供了一种基于数字高程模型的区域潜水蒸发量的测量方法，该方法包括以下步骤：

S1：根据待测区域的DEM模型(数字高程模型)，获取所述待测区域内每个栅格的地面绝对高程值；

具体的，待测区域的DEM模型为已知量，DEM模型是通过有限的地形高程数据实现对地形曲面数字化模拟(即地形表面形态的数字化表达)，它是用一组有序数值阵列形式表示地面高程的一种实体地面模型。换句话说，DEM模型可以体现待测区域的地面绝对高程值H_L。通过下载待测区域的DEM模型，打开DEM数据属性表，导出数据，就可以得到DEM高程值，即可以得到待测区域的每个栅格的地面绝对高程值H_L。DEM的分辨率是指DEM最小的栅格的长度。因为DEM是离散的数据，所以(X，Y)坐标其实都是一个一个的小栅格，每个小栅格上标识出其高程。这个小栅格的长度就是DEM的分辨率。由此步骤S1可以获取待测区域的各个栅格的地面绝对高程值。

S2：根据所述每个栅格的地面绝对高程值，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水埋深；

具体的，通过在待测区域的多次试验，可以得到地面绝对高程值与潜水埋深之间的函数关系，之后根据每一地面绝对高程值，可以计算出每一地面绝对高程值对应的潜水埋深。

S3：根据所述潜水埋深，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量；

具体的，通过试验可以得到潜水埋深与潜水蒸发量之间的关系，根据步骤S2计算得到的每一地面绝对高程值对应的潜水埋深，可以计算出不同的地面绝对高程值所对应的栅格的潜水蒸发量。

S4：根据所述待测区域内的不同地面绝对高程值对应栅格的个数，以及不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，确定整个所述待测区域的潜水蒸发量。

具体的，在步骤S3计算得到的不同的地面绝对高程值所对应的栅格的潜水蒸发量的基础上，由不同的地面绝对高程值对应的栅格个数乘再乘以对应地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，计算出不同地面绝对高程值对应区域的潜水蒸发量。根据计算得到的不同地面高程值所对应区域的潜水蒸发量，通过求和，可以计算得到整个待测区域的潜水蒸发量。举例来说，高程值为a的所有栅格的潜水蒸发量为E_a，高程值为b的所有栅格的潜水蒸发量为E_b，高程值为c的所有栅格的潜水蒸发量为E_c，那么待测区域的总的潜水蒸发量可以为E_a+E_b+E_c。其中，Ea则可以根据高程值为a为栅格个数，以及高程值为a的对应栅格的潜水蒸发量，通过相乘得到高程值为a的所有栅格的潜水蒸发量。

本发明实施例提供的一种基于数字高程模型的区域潜水蒸发的测量方法，在资料不足的研究区域，通过获取待测区域的DEM模型的地面绝对高程值，根据高程值与潜水蒸发量之间的关系，即可自动计算出整个待测区域的精确的潜水蒸发量，由此，本发明提供的技术方案，测量数据准确性高，所需数据较少，且数据获取简单，实现步骤简洁明了，且能够极大的节省现场勘测的人力物力资源。

在上述实施例的基础上，步骤S2所述根据每个栅格的地面绝对高程值，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水埋深，具体采用以下公式进行计算：

其中，a、b为常系数，H为潜水埋深，H_L为地面绝对高程值。

具体的，可以通过在待测区域内均匀布井，观测潜水埋深H(地下水面到地表的距离)，并可以测定地面绝对高程值H_L。根据地下水流动系统理论，潜水面通常随地表形态的起伏而变化，而潜水埋深的决定因素通常为地面起伏的高度，因此，通过函数拟合可以得到二者之间的函数关系，其函数关系可以表示为由此，后续可以利用该函数关系，根据DEM模型的每个栅格的地面绝对高程值得到每个栅格对应的潜水埋深。

在上述实施例的基础上，步骤S3根据所述潜水埋深，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，具体采用以下公式进行计算：

其中，c、d为常系数，E_max为潜水埋深H对应的最大潜水蒸发量，E为地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，η为经验常数，E₂₀为已知的小型蒸发量。

优选的，所述潜水埋深H对应的最大潜水蒸发量E_max可以采用以下公式进行计算：

E_max＝cH^d

其中，c、d为常系数。

具体的，可以通过数据收集或者简单土柱试验，确定潜水深度与最大潜水蒸发量之间的函数关系，一般最大潜水蒸发量与潜水深度的关系式为E_max＝cH^d。c、d为常系数，通过数据收集或者简单土柱试验即可确定。根据上述函数关系，根据计算得到的潜水深度即可计算出最大潜水蒸发量。之后，根据清华公式以及计算得到的最大潜水蒸发量可以计算出不同的地面绝对高程值对应的栅格的潜水蒸发量，一般形式为其中，η为经验常数，可取0.85或与H呈现函数关系，E₂₀为已知的小型蒸发量，可在气象站实测数据中直接得到。

在上述实施例的基础上，步骤S4根据待测区域内的不同地面绝对高程值对应栅格的个数，以及不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，确定整个所述待测区域的潜水蒸发量，包括：

计算不同地面绝对高程值对应栅格的个数；

将当前地面绝对高程值对应栅格的个数乘以当前地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，得到当前地面绝对高程值对应区域的潜水蒸发量；

将不同地面绝对高程值对应区域的潜水蒸发量进行求和，得到个所述待测区域的潜水蒸发量。

具体的，根据上述步骤S3计算得到的不同地面绝对高程值对应的栅格潜水蒸发量，以及不同地面绝对高程值对应栅格的个数，进而计算出不同的地面绝对高程值对应区域(即每个地面绝对高程值对应的所有栅格)的潜水蒸发量，进一步的，将不同的地面绝对高程值对应区域的蒸发量求总和，得到整个待测区域的总潜水蒸发量。举例来说，地面绝对高程值为a的所有栅格的潜水蒸发量，可以通过上述计算得到的地面绝对高程值为a的对应栅格的潜水蒸发量，再乘以地面绝对高程值为a的栅格的个数，得到地面绝对高程值为a的所有栅格的潜水蒸发量。依次类推，可以得到地面绝对高程值为b的所有栅格的潜水蒸发量，地面绝对高程值为c的所有栅格的潜水蒸发量……，最终通过求和，得到整个待测区域的潜水蒸发量。

另一方面，如图2所示，本发明实施例提供了一种基于数字高程模型的区域潜水蒸发量的测量装置，该装置可以采用上述实施例所述的方法，该装置包括：

高程值获取模块21，用于根据待测区域的数字高程模型DEM，获取所述待测区域内每个栅格的地面绝对高程值；

潜水埋深确定模块22，用于根据所述每个栅格的地面绝对高程值，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水埋深；

栅格蒸发量确定模块23，用于根据所述潜水埋深，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量；

区域蒸发量确定模块24，用于根据所述待测区域内的不同地面绝对高程值对应栅格的个数，以及不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，确定整个所述待测区域的潜水蒸发量。

本发明实施例提供的一种基于数字高程模型的区域潜水蒸发的测量装置，在资料不足的研究区域，通过获取待测区域的DEM模型的地面绝对高程值，根据高程值与潜水蒸发量之间的关系，即可自动计算出整个待测区域的精确的潜水蒸发量，由此，本发明提供的技术方案，测量数据准确性高，所需数据较少，且数据获取简单，实现步骤简洁明了，且能够极大的节省现场勘测的人力物力资源。

可选的，所述潜水埋深确定模块22根据每个栅格的地面绝对高程值，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水埋深具体采用以下公式进行计算：

其中，a、b为常系数，H为潜水埋深，H_L为地面绝对高程值。

可选的，所述栅格蒸发量确定模块23根据所述潜水埋深，确定不同地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量具体采用以下公式进行计算：

其中，c、d为常系数，E_max为潜水埋深H对应的最大潜水蒸发量，E为地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，η为经验常数，E₂₀为已知的小型蒸发量。

可选的，所述潜水埋深H对应的最大潜水蒸发量E_max可以采用以下公式进行计算：

E_max＝cH^d

其中，c、d为常系数。

可选的，所述区域蒸发量确定模块24具体包括：

个数统计单元，用于计算不同地面绝对高程值对应栅格的个数；

第一计算单元，用于将当前地面绝对高程值对应栅格的个数乘以当前地面绝对高程值对应栅格的潜水蒸发量，得到当前地面绝对高程值对应区域的潜水蒸发量；

第二计算单元，用于将不同地面绝对高程值对应区域的潜水蒸发量进行求和，得到个所述待测区域的潜水蒸发量。

对于与方法对应的一种基于数字高程模型的区域潜水蒸发量的测量装置实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，达到的技术效果也与方法实施例起到的效果相同，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上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精神和范围。