一种基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法

技术领域

本发明属于数字地形分析领域，特别涉及一种基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法。

背景技术

淤地坝是指在多泥沙沟道建修的用来控制沟道侵蚀、烂泥淤地，同时以减少洪水和泥沙灾害为主要目标的沟道治理工程设施。

在大范围的淤地坝调查中如何确定淤地坝拦沙量目前尚无准确可靠而又简单实用的方法。淤地坝拦沙量的难点有两点：第一，淤地坝量大面广。多为群众自行修建，没有原来沟道的实测资料，坝地淤成后，原沟道的形状参数又无法取得，淤积体边界不清；第二：淤积体表面并不是水平面。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于淤积面坡度的大小与沟道比降、形状、淤积物颗粒径等有关，因此无法准确的确定淤地坝的拦沙量。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明提供了一种基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法，所述基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法，包括：

获取包含当前区域高度值的第一GIS图像以及包含所述当前区域淤地坝分布图的第二GIS图像，基于所述第一GIS图像获取第一栅格矩阵，所述第一栅格矩阵中的元素代表对应栅格的高度值，基于所述第二GIS图像获取第二栅格矩阵，所述第二栅格矩阵中的元素代表对应淤地坝的高度值；

基于所述第一栅格矩阵，确定简易无拦截河网模型的位置数据；

从所述第二栅格矩阵中获取淤地坝的位置数据，结合所述简易无拦截河网模型的位置数据以及所述第一栅格矩阵，对所述淤地坝的位置数据进行修正，得到所述淤地坝的修正位置数据；

根据所述淤地坝的修正位置数据，结合所述第一栅格矩阵和所述第二栅格矩阵，确定所述淤地坝中的绝对海拔高度值，基于所述绝对海拔高度值对所述淤地坝进行双向扩充，得到由一定数量坝点构成的扩充淤地坝；

在所述第一栅格矩阵中，基于在所述坝点处的流向，确定所述扩充淤地坝的库容；

根据所述库容，确定所述扩充淤地坝的拦淤量，并对所述拦淤量进行核对。

可选的，基于所述第一栅格矩阵，确定简易无拦截河网模型的位置数据，包括：

计算所述第一栅格矩阵中样本栅格与所述样本栅格距离最近的八个栅格的坡度值，选取与最大坡度值对应的方向作为与所述样本栅格对应的水流方向；

沿所述水流方向进行单位汇水面积累积，得到汇水面积数据；

选取所述汇水面积数据中大于第一预设阈值的目标栅格，所述目标栅格对应的位置数据即为简易无拦截河网模型的位置数据。

可选的，从所述第二栅格矩阵中获取淤地坝的位置数据，结合所述简易无拦截河网模型的位置数据以及所述第一栅格矩阵，对所述淤地坝的位置数据进行修正，得到所述淤地坝的修正位置数据，包括：

从所述第二栅格矩阵中确定淤地坝的位置数据；

根据所述简易无拦截河网的模型位置数据，判断所述在所述简易无拦截河网处，是否存在淤地坝；

如果在所述简易无拦截河网处不存在淤地坝，则根据所述淤地坝的位置数据在所述第一栅格矩阵中确定与所述淤地坝对应的目标栅格，选取与所述目标栅格距离最近的八个相关栅格中具有单位汇水面积最大的相关栅格作为所述淤地坝的替换栅格，将所述替换栅格对应位置数据作为所述淤地坝的修正位置数据。

可选的，根据所述淤地坝的修正位置数据，结合所述第一栅格矩阵和所述第二栅格矩阵，确定所述淤地坝中的绝对海拔高度值，基于所述绝对海拔高度值对所述淤地坝进行双向扩充，得到由一定数量坝点构成的扩充淤地坝，包括：

在所述第一栅格矩阵中确定与所述淤地坝的修正位置数据对应的第一高度值，在所述第二栅格矩阵中提取与所述淤地坝对应的第二高度值，根据所述第一高度值和所述第二高度值，获取所述淤地坝的绝对海拔高度值；

在所述第一栅格矩阵中，选取位于所述淤地坝修正位置数据对应栅格左侧的海拔高度高于所述绝对海拔高度值的近邻栅格，将所述近邻栅格作为左扩展栅格，将所述左扩展栅格与所述淤地坝修正位置数据对应栅格连线上的全部栅格扩充为所述淤地坝的左坝点；

在所述第一栅格矩阵中，选取位于所述淤地坝修正位置数据对应栅格右侧的海拔高度高于所述绝对海拔高度值的近邻栅格，将所述近邻栅格作为右扩展栅格，将所述右扩展栅格与所述淤地坝修正位置数据对应栅格连线上的全部栅格扩充为所述淤地坝的右坝点；

根据所述左坝点及所述右坝点，得到双向扩充后的由一定数量坝点构成的扩充淤地坝。

可选的，在所述第一栅格矩阵中，基于所述坝点处的流向，确定所述扩充淤地坝的库容，包括：

从所述扩充淤地坝中选取样本坝点，在所述第一栅格矩阵中确定与所述样本坝点对应的样本栅格，获取与所述样本栅格距离最近的八个关联栅格内的流向；

如果所述流向为指向所述样本坝点，同时确定所述关联栅格对应的高度值小于所述绝对海拔高度值，计算所述样本坝点的单点容积，将所述单点容积添加至所述扩充淤地坝的累加库容中，并将所述样本坝点确定为基准点；

当存在所述基准点对应栅格周围八个栅格的流向中有一个目标流向指向所述基准点，同时所述目标流向对应栅格的海拔高度不小于所述绝对海拔高度值时，停止库容计算，将之前获取到的所述累加库容作为所述扩充淤地坝的库容。

可选的，根据所述库容，确定所述扩充淤地坝的拦淤量，包括：

基于流域面积Vero，通过公式一确定所述扩充淤地坝的有效拦蓄量El₀，

El₀＝Vero×(1-Def)，公式一，

其中，Def为坝地拦蓄系数，即每汇集来100个物质中，可以拦蓄在坝地中的物质比例；

根据所述扩充淤地坝的有效拦蓄量El₀结合公式二，确定单个所述扩充淤地坝的拦蓄量Ed_i，

$>{\mathrm{Ed}}_i=\{\begin{array}{cc}Vero\times Def& {\mathrm{El}}_0\le Vmax\\ Vmax& {\mathrm{El}}_0>Vmax\end{array},$>公式二，

其中，Vmax为所述淤地坝的库容；

将所述单个扩充淤地坝的拦蓄量Ed_i累加求和，结合公式三获取所述扩充淤地坝的拦淤量Edt，

$>Edt=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{Ed}}_i,$>公式三。

可选的，对所述拦淤量进行核对，包括：

获取所述当前区域设置有所述淤地坝区域的流失量El_i以及没有设置所述淤地坝区域的流失量根据公式四获取所述当前区域的总流失量Elt，

$>Elt=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{El}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Ero}}_j,$>公式四；

根据所述总流失量Elt结合所述扩充淤地坝的拦淤量Edt，通过公式五确定所述当前区域的实际流失总量Lt'，

Lt'＝Edt+Elt，公式五；

对于所述当前区域，根据公式六确定在不设置所述扩充淤地坝条件下的理论流失总量Lt，

$>Lt=\underset{k=1}{\overset{1}{\Sigma }}{E}_k,$>公式六，

其中，E_k为所述当前区域中所述第一栅格矩阵中每个栅格的侵蚀量，l为所述第一栅格矩阵中栅格的总量；

当所述理论流失总量Lt与所述实际流失总量Lt'近似相等时，所述扩充淤地坝的拦淤量Edt计算准确。

本发明提供的技术方案带来的有益效果是：

对淤地坝进行扩充，得到更为符合实际情况的扩充淤地坝，避免GIS图像中淤地坝仅占有一个栅格会影响实际计算结果的情况，并且通过使用GIS图像中数据的方式进行拦淤量的计算，避免了淤积面坡度的大小与沟道比降、形状、淤积物颗粒径等因素的影响，保证了拦淤量计算的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的一种基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法的流程示意图；

图2是本发明提供的一种基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法的韭园沟流域的有截断的河网计算结果；

图3是本发明提供的一种基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法的孤山川流域的有截断的河网计算结果。

具体实施方式

为使本发明的结构和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的结构作进一步地描述。

实施例一

本发明提供了一种基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法，所述基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法，如图1所示，该估算方法包括：

101、获取包含当前区域高度值的第一GIS图像以及包含所述当前区域淤地坝分布图的第二GIS图像，基于所述第一GIS图像获取第一栅格矩阵，所述第一栅格矩阵中的元素代表对应栅格的高度值，基于所述第二GIS图像获取第二栅格矩阵，所述第二栅格矩阵中的元素代表对应淤地坝的高度值；

102、基于所述第一栅格矩阵，确定简易无拦截河网模型的位置数据；

103、从所述第二栅格矩阵中获取淤地坝的位置数据，结合所述简易无拦截河网模型的位置数据以及所述第一栅格矩阵，对所述淤地坝的位置数据进行修正，得到所述淤地坝的修正位置数据；

104、根据所述淤地坝的修正位置数据，结合所述第一栅格矩阵和所述第二栅格矩阵，确定所述淤地坝中的绝对海拔高度值，基于所述绝对海拔高度值对所述淤地坝进行双向扩充，得到由一定数量坝点构成的扩充淤地坝；

105、在所述第一栅格矩阵中，基于在所述坝点处的流向，确定所述扩充淤地坝的库容；

106、根据所述库容，确定所述扩充淤地坝的拦淤量，并对所述拦淤量进行核对。

在实施中，为了对当前区域淤地坝的拦淤量进行较为准确的估算，本发明提出一种基于GIS的估算方法，这里的GIS是地理信息系统(GeographicInformationSystem或Geo－InformationSystem，GIS)，或称为“地学信息系统”，是一种特定的十分重要的空间信息系统。准确的说，是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统。

首先，获取第一GIS图像和第二GIS图像，根据第一GIS图像可以获得当前区域任意位置的高度值，根据第二GIS图像可以确定当前区域中淤地坝的分部情况，并且确定每个淤地坝的高度值。将第一GIS图像和第二GIS图像转换为第一栅格矩阵和第二栅格矩阵。第一栅格矩阵中每个元素代表对应区域的高度值，第二栅格矩阵中的每个元素则代表对应区域淤地坝的高度值。

其次，根据第一栅格矩阵，通过最大坡降法确定当前区域中的简易无拦截河网模型，并且确定上述简易无拦截河网模型的位置数据。

接着，从第二栅格矩阵中提取当前区域淤地坝的位置数据，结合前一步获取到的简易无拦截河网模型的位置数据，对当前区域中淤地坝的位置数据进行修正，确保淤地坝位于正确的位置上。

再次，由于图像精度有限，在第二GIS图像中获取到的淤地坝信息不能反映真实淤地坝的状态，因此需要对第二GIS图像中的淤地坝进行扩充，根据第一栅格矩阵和第二栅格矩阵中的高度值，对淤地坝进行双向扩充，得到由一定数量的坝点构成的扩充淤地坝。

最后，根据扩充淤地坝中坝点处的流向，确定扩充淤地坝的库容，进而确定扩充淤地坝的拦淤量。

为了确保获取到的扩充淤地坝拦淤量的准确性，还需要对拦淤量进行核对。

在本发明中摒弃了以往根据淤地面积确定淤地坝拦淤量的方法，而是根据淤地坝具体的拦蓄系数对拦淤量进行宏观的估算，并且为了避免GIS图像中淤地坝仅占有一个栅格会影响实际计算结果的情况，特地在计算淤地坝库容之前根据淤地坝的海拔高度对淤地坝进行扩充，得到更为符合实际情况的扩充淤地坝，在此基础行获取淤地坝的拦淤量，从而保证最终拦淤量计算结果的准确性。

本发明提供了一种基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法，首先将获取到的GIS图像转化为栅格矩阵，根据栅格矩阵中的数据确定简易无拦截河网模型的位置数据以及淤地坝的位置数据，接着对淤地坝的位置数据进行修正，进而将淤地坝进行扩充得到扩充淤地坝，基于扩充淤地坝中坝点的流向得到扩充淤地坝的库容，结合库容最终得到扩充淤地坝的拦淤量，为了保证拦淤量的准确性还需要对其进行核对。相对于现有技术，本发明对淤地坝进行扩充，得到更为符合实际情况的扩充淤地坝，避免GIS图像中淤地坝仅占有一个栅格会影响实际计算结果的情况，并且通过使用GIS图像中数据的方式进行拦淤量的计算，避免了淤积面坡度的大小与沟道比降、形状、淤积物颗粒径等因素的影响，保证了拦淤量计算的准确性。

可选的，基于所述第一栅格矩阵，确定简易无拦截河网模型的位置数据，包括：

计算所述第一栅格矩阵中样本栅格与所述样本栅格距离最近的八个栅格的坡度值，选取与最大坡度值对应的方向作为与所述样本栅格对应的水流方向；

沿所述水流方向进行单位汇水面积累积，得到汇水面积数据；

选取所述汇水面积数据中大于第一预设阈值的目标栅格，所述目标栅格对应的位置数据即为简易无拦截河网模型的位置数据。

在实施中，为了确定当前区域中简易无拦截河网模型的位置数据，需要执行如下步骤：

201、从第一栅格矩阵中选取样本栅格，计算样本栅格周围距离最近的八个栅格各自的坡度值，将最大坡度值对应的栅格作为样本栅格的上游位置，即从最大坡度值对应的栅格指向样本栅格的方向作为样本栅格的水流方向。

202、沿着前一步获取到的水流方向，以1为初始单位汇水面积，进行汇水面积汇总，得到与每个栅格对应的汇水面积数据。

203、选取汇水面积数据大于第一预设阈值的目标栅格，将众多目标栅格进行组合，组合后栅格对应的区域即为当前区域简易无拦截河网模型区域，组合后栅格对应的位置数据即为当前区域简易无拦截河网模型的位置数据。

值得注意的是，在步骤202中使用的汇水面积汇总方法，是假定栅格A中的汇水面积为1，流向指向的下一个栅格B自身具有汇水面积数据，加上流向来源处栅格A带有的汇水面积数据1，求和得到的数值即为栅格B的汇水面积数据，依次类推，直至流向路径中所有栅格计算用尽时，确定所有栅格的汇水面积数据。

本步骤依据自然界中“水往低处流”的自然现象，在当前区域中确定水流的流经路径，获取到当前区域简易无拦截河网模型区域，为之后确定淤地坝位置的修正提供基础。

可选的，从所述第二栅格矩阵中获取淤地坝的位置数据，结合所述简易无拦截河网模型的位置数据以及所述第一栅格矩阵，对所述淤地坝的位置数据进行修正，得到所述淤地坝的修正位置数据，包括：

从所述第二栅格矩阵中确定淤地坝的位置数据；

根据所述简易无拦截河网的模型位置数据，判断所述在所述简易无拦截河网处，是否存在淤地坝；

如果在所述简易无拦截河网处不存在淤地坝，则根据所述淤地坝的位置数据在所述第一栅格矩阵中确定与所述淤地坝对应的目标栅格，选取与所述目标栅格距离最近的八个相关栅格中具有单位汇水面积最大的相关栅格作为所述淤地坝的替换栅格，将所述替换栅格对应位置数据作为所述淤地坝的修正位置数据。

在实施中，由于GIS图像拍摄容易受到多种因素干扰，导致GIS图像中的数据失真，这里为了避免失真导致数据错误的出现，特地对第二GIS图像中淤地坝的位置数据进行修正，具体步骤如下：

301、从第二栅格矩阵中确定淤地坝的位置数据。

302、根据简易无拦截河网的模型位置数据，对前后获取到的两个位置数据是否一致进行对比，判断在简易无拦截河网处，是否存在淤地坝。

303、如果两个位置数据不一致，则判定在简易无拦截河网处不存在淤地坝，此时根据淤地坝的位置数据在第一栅格矩阵中确定与淤地坝对应的目标栅格，并且选取与目标栅格距离最近的八个相关栅格中具有单位汇水面积最大的相关栅格作为淤地坝的替换栅格，将替换栅格对应位置数据作为淤地坝的修正位置数据。

通过上述步骤，对淤地坝的位置进行修正，基于淤地坝的修正位置数据进行后续步骤的计算。

可选的，根据所述淤地坝的修正位置数据，结合所述第一栅格矩阵和所述第二栅格矩阵，确定所述淤地坝中的绝对海拔高度值，基于所述绝对海拔高度值对所述淤地坝进行双向扩充，得到由一定数量坝点构成的扩充淤地坝，包括：

在所述第一栅格矩阵中确定与所述淤地坝的修正位置数据对应的第一高度值，在所述第二栅格矩阵中提取与所述淤地坝对应的第二高度值，根据所述第一高度值和所述第二高度值，获取所述淤地坝的绝对海拔高度值；

在所述第一栅格矩阵中，选取位于所述淤地坝修正位置数据对应栅格左侧的海拔高度高于所述绝对海拔高度值的近邻栅格，将所述近邻栅格作为左扩展栅格，将所述左扩展栅格与所述淤地坝修正位置数据对应栅格连线上的全部栅格扩充为所述淤地坝的左坝点；

在所述第一栅格矩阵中，选取位于所述淤地坝修正位置数据对应栅格右侧的海拔高度高于所述绝对海拔高度值的近邻栅格，将所述近邻栅格作为右扩展栅格，将所述右扩展栅格与所述淤地坝修正位置数据对应栅格连线上的全部栅格扩充为所述淤地坝的右坝点；

根据所述左坝点及所述右坝点，得到双向扩充后的由一定数量坝点构成的扩充淤地坝。

在实施中，一般记录淤地坝位置时，淤地坝只占一个栅格，但在实际情况中，淤地坝占有多个栅格。本步骤在计算库容之前，根据坝高，对淤地坝进行了扩充，具体步骤如下：

401、在第一栅格矩阵中确定与淤地坝的修正位置数据对应的第一高度值，在第二栅格矩阵中提取与淤地坝对应的第二高度值，将第一高度值和第二高度值相加，得到的和即为淤地坝的绝对海拔高度值。

根据第二高度值即淤地坝高度Dh，结合公式

Dele＝Dh+Ele₀

计算淤地坝的绝对海拔高度值即淤地坝顶部的海拔Dele，上边的公式中，Ele₀为第一高度值即淤地坝所在位置的海拔。

402、在第一栅格矩阵中，选取位于淤地坝修正位置数据对应栅格左侧的海拔高度高于绝对海拔高度值的近邻栅格，将近邻栅格作为左扩展栅格，将左扩展栅格与淤地坝修正位置数据对应栅格连线上的全部栅格扩充为淤地坝的左坝点。

403、在第一栅格矩阵中，选取位于淤地坝修正位置数据对应栅格右侧的海拔高度高于绝对海拔高度值的近邻栅格，将近邻栅格作为右扩展栅格，将右扩展栅格与淤地坝修正位置数据对应栅格连线上的全部栅格扩充为淤地坝的右坝点。

404、根据左坝点及右坝点，得到双向扩充后的由一定数量坝点构成的扩充淤地坝。

通过上述步骤，得到相对于原始淤地坝对应栅格而言，由更多栅格即坝点构成为扩充淤地坝，有利于准确的对淤地坝的拦淤量进行计算。

可选的，在所述第一栅格矩阵中，基于所述坝点处的流向，确定所述扩充淤地坝的库容，包括：

从所述扩充淤地坝中选取样本坝点，在所述第一栅格矩阵中确定与所述样本坝点对应的样本栅格，获取与所述样本栅格距离最近的八个关联栅格内的流向；

如果所述流向为指向所述样本坝点，同时确定所述关联栅格对应的高度值小于所述绝对海拔高度值，计算所述样本坝点的单点容积，将所述单点容积添加至所述扩充淤地坝的累加库容中，并将所述样本坝点确定为基准点；

当存在所述基准点对应栅格周围八个栅格的流向中有一个目标流向指向所述基准点，同时所述目标流向对应栅格的海拔高度不小于所述绝对海拔高度值时，停止库容计算，将之前获取到的所述累加库容作为所述扩充淤地坝的库容。

在实施中，库容作为泥沙沉积或漫流的控制参数，当泥沙沉积量大于库容量时，所有泥沙将全部慢流过淤地坝，当泥沙陈计量小于库容量时，按拦蓄系数漫流过淤地坝。因此对于每一个淤地坝，均有一个自身的库容。在本步骤中确定扩充淤地坝的库容，具体步骤如下：

501、从扩充淤地坝中选取样本坝点，在第一栅格矩阵中确定与样本坝点对应的样本栅格，获取与样本栅格距离最近的八个关联栅格内的流向。

502、如果流向为指向样本坝点，同时确定关联栅格对应的高度值小于绝对海拔高度值，计算样本坝点的单点容积，将单点容积添加至扩充淤地坝的累加库容中，并将样本坝点确定为基准点。

若为流向样本坝点，则判断该点海拔高度小于淤地坝绝对高海拔高度，如果此时关联栅格对应的高度值小于绝对海拔高度值，根据公式

V_i＝(Dele-Ele_i)*l²

确定每个坝点的单点容积V_i，式中的Dele为淤地坝的绝对海拔高度值，Ele_i为第i个淤地坝所在位置的海拔，l为淤地坝所处关联栅格的边长。

503、当存在基准点对应栅格周围八个栅格的流向中有一个目标流向指向基准点，同时目标流向对应栅格的海拔高度不小于绝对海拔高度值时，停止库容计算，将之前获取到的累加库容作为扩充淤地坝的库容。

在同时满足(1)基准点对应栅格周围八个栅格的流向中有一个目标流向指向基准点，(2)目标流向对应栅格的海拔高度不小于绝对海拔高度值这两个条件时，停止库容的累加，将此时得到的累加库容作为扩充淤地坝的库容。

可选的，根据所述库容，确定所述扩充淤地坝的拦淤量，包括：

基于流域面积Vero，通过公式一确定所述扩充淤地坝的有效拦蓄量El₀，

El₀＝Vero×(1-Def)，公式一

其中，Def为坝地拦蓄系数，即每汇集来100个物质中，可以拦蓄在坝地中的物质比例；

根据所述扩充淤地坝的有效拦蓄量El₀结合公式二，确定单个所述扩充淤地坝的拦蓄量Ed_i，

$>{\mathrm{Ed}}_i=\{\begin{array}{cc}Vero\times Def& {\mathrm{El}}_0\le Vmax\\ Vmax& {\mathrm{El}}_0>Vmax\end{array},$>公式二

其中，Vmax为所述淤地坝的库容；

将所述单个扩充淤地坝的拦蓄量Ed_i累加求和，结合公式三获取所述扩充淤地坝的拦淤量Edt，

$>Edt=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{Ed}}_i,$>公式三。

在实施中，根据淤地坝位置，确定流域面积，计算该流域内累计流失量即汇集到坝中的总流失量，其值等于以流失量专题为权重的流域面积，标记为Vero。

601、基于流域面积Vero，通过公式一确定扩充淤地坝的有效拦蓄量El₀，

El₀＝Vero×(1-Def)，公式一，

其中，Def为坝地拦蓄系数，即每汇集来100个物质中，可以拦蓄在坝地中的物质比例。

602、根据扩充淤地坝的有效拦蓄量El₀结合公式二，确定单个扩充淤地坝的拦蓄量Ed_i，

$>{\mathrm{Ed}}_i=\{\begin{array}{cc}Vero\times Def& {\mathrm{El}}_0\le Vmax\\ Vmax& {\mathrm{El}}_0>Vmax\end{array},$>公式二，

其中，Vmax为淤地坝的库容。很明显，当扩充淤地坝的有效拦蓄量El₀小于扩充淤地坝的库容时，该扩充淤地坝的拦蓄量Ed_i等于扩充淤地坝实际可以拦截到的量即流域面积Vero与拦截系数Def的乘积；而当扩充淤地坝的有效拦蓄量El₀大于等于扩充淤地坝的库容时，该扩充淤地坝的拦蓄量Ed_i为扩充淤地坝的库容Vmax。

603、将单个扩充淤地坝的拦蓄量Ed_i累加求和，结合公式三获取扩充淤地坝的拦淤量Edt，

$>Edt=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{Ed}}_i,$>公式三。

在确定了单个扩充淤地坝的拦蓄量Ed_i后，可知当前区域全部扩充淤地坝的拦淤量Edt为单个扩充淤地坝的拦蓄量Ed_i的累加和。

可选的，对所述拦淤量进行核对，包括：

获取所述当前区域设置有所述淤地坝区域的流失量El_i以及没有设置所述淤地坝区域的流失量根据公式四获取所述当前区域的总流失量Elt，

$>Elt=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{El}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Ero}}_j,$>公式四；

根据所述总流失量Elt结合所述扩充淤地坝的拦淤量Edt，通过公式五确定所述当前区域的实际流失总量Lt'，

Lt'＝Edt+Elt，公式五；

对于所述当前区域，根据公式六确定在不设置所述扩充淤地坝条件下的理论流失总量Lt，

$>Lt=\underset{k=1}{\overset{1}{\Sigma }}{E}_k,$>公式六，

其中，E_k为当前区域中第一栅格矩阵中每个栅格的侵蚀量，l为第一栅格矩阵中栅格的总量；

当所述理论流失总量Lt与所述实际流失总量Lt'近似相等时，所述扩充淤地坝的拦淤量Edt计算准确。

在实施中，截止到前一步，实际上已经完成了当前区域淤地坝拦淤量的计算，但是为了保证计算结果的准确，还需要对计算结果进行核对，具体的核对步骤如下：

701、获取当前区域设置有淤地坝区域的流失量El_i以及没有设置淤地坝区域的流失量根据公式四获取当前区域的总流失量Elt，

$>Elt=\underset{i=1}{\overset{n}{\Sigma }}{\mathrm{El}}_i+\underset{j=1}{\overset{m}{\Sigma }}{\mathrm{Ero}}_j,$>公式四。

即当前区域的总流失量＝当前区域设置有淤地坝区域的流失量+没有设置淤地坝区域的流失量。

702、根据总流失量Elt结合扩充淤地坝的拦淤量Edt，通过公式五确定当前区域的实际流失总量Lt'，

Lt'＝Edt+Elt，公式五。

即实际流失总量＝扩充淤地坝的拦淤量+总流失量。

703、对于当前区域，根据公式六确定在不设置扩充淤地坝条件下的理论流失总量Lt，

$>Lt=\underset{k=1}{\overset{1}{\Sigma }}{E}_k,$>公式六，

其中，E_k为当前区域中第一栅格矩阵中每个栅格的侵蚀量，l为第一栅格矩阵中栅格的总量。

即理论流失总量＝第一个栅格侵蚀量+第二个栅格侵蚀量+···+第k个栅格侵蚀量。

704、当所述理论流失总量Lt与所述实际流失总量Lt'近似相等时，所述扩充淤地坝的拦淤量Edt计算准确。

当理论流失总量与实际流失总量近似相等时，即认为之前对淤地坝拦淤量的计算是准确的。

本发明提供了一种基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法，首先将获取到的GIS图像转化为栅格矩阵，根据栅格矩阵中的数据确定简易无拦截河网模型的位置数据以及淤地坝的位置数据，接着对淤地坝的位置数据进行修正，进而将淤地坝进行扩充得到扩充淤地坝，基于扩充淤地坝中坝点的流向得到扩充淤地坝的库容，结合库容最终得到扩充淤地坝的拦淤量，为了保证拦淤量的准确性还需要对其进行核对。相对于现有技术，本发明对淤地坝进行扩充，得到更为符合实际情况的扩充淤地坝，避免GIS图像中淤地坝仅占有一个栅格会影响实际计算结果的情况，并且通过使用GIS图像中数据的方式进行拦淤量的计算，避免了淤积面坡度的大小与沟道比降、形状、淤积物颗粒径等因素的影响，保证了拦淤量计算的准确性。

实验说明

本发明选择了韭园沟流域与孤山川流域这两组具有代表性的DEM数据进行测试。韭园沟的有截断的河网计算结果如图2所示。孤山川流域的有截断的河网计算结果如图3所示。图中灰色和白色部分表示河网，颜色越暗，说明河道流失量越小。泥沙从图片的右上角流向左下角，在经过淤地坝处后白色变暗，说明部分泥沙被拦截，河道流失量变小，导致颜色变暗。

结果评测如表1所示。

流域名称流域总拦蓄量流域总流失量无淤地坝条件下的流失总量。

表1不同流域的淤地坝拦於量单位t/(km2*a)

表中无淤地坝条件下的流失总量为理论值，其值应该约等于：流域总拦蓄量+流域总流失量。

对于“韭园沟”

流域总拦蓄量70.5249+流域总流失量6872.8040＝6943.3289

≈无淤地坝条件下的流失总量6943.3290。

对于“孤山川”

流域总拦蓄量207613.0012+流域总流失量16262570.0000＝16470183.0012

≈无淤地坝条件下的流失总量16480180.0012。

通过上述数据的验证，证明对淤地坝拦淤量的计算是合理的。

需要说明的是：上述实施例提供的基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法进行淤地坝拦淤量计算的实施例，仅作为该基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法在实际应用中的说明，还可以根据实际需要而将上述基于GIS的淤地坝拦淤量估算方法在其他应用场景中使用，其具体实现过程类似于上述实施例，这里不再赘述。

上述实施例中的各个序号仅仅为了描述，不代表各部件的组装或使用过程中的先后顺序。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。