一种基于冗余分析的水网格局与地形地貌关联性评价方法

摘要

本发明公开了一种基于冗余分析的水网格局与地形地貌关联性评价方法，收集待分析区域的地形地貌数据和河网数据，将评价指标划分为水网格局指标和地形地貌指标两类，进行评价指标选择与预处理；将评价指标进行归一化处理，得到归一化后的水网格局指标和地形地貌指标；进行水网格局与地形地貌的冗余分析，综合考虑待评价区域的水网结构指标和地形地貌指标特征，建立评价模型，该评价模型基于水网结构指标和地形地貌指标两者的多元回归关系和方差解释，生成水网格局指标与地形地貌指标之间的匹配度；依据评价模型对水网格局与地形地貌关联性进行评价。本发明提高区域水网的治理和规划水平。

说明书

技术领域

本发明涉及河网评价与管理领域，具体涉及一种水网格局与地形地貌关联性评价方法。

背景技术

河网的空间格局是流域的基本特征和水平效应通道，影响整个流域的水文过程，调节生物种群多样性、河道和河岸物理属性空间分布。河网不是随机的拓扑结构，空间格局由流域物理性质所决定，研究河网的结构、几何和拓扑特性，量化形成差异性河网模式的物理因素，以更好地了解变化环境下的水网动态至关重要。河流网络是区域景观格局的重要组成，地形地貌演化与河网变化在根本上是相互耦合的。区域的地形地貌决定了水流的路径和停留时间，这在很大程度上影响了水网的物理空间格局，区域水网格局与地形地貌的内在关联性是影响河道安全和稳定的关键因素，并且随着流域高质量发展的推进，对水网格局的匹配度与适应性研究和规划提出了更高要求。目前的水网格局与地形地貌的关联性研究主要是定性的分析，没有准确的方法以全面量化水网格局与地形地貌的关联性。并且，从地形地貌角度对河网结构的研究经常关注特定方面的几个指标，存在局限性。因此，水网格局与地形地貌的定量关联性难以清晰的描述，需要创新的方法构建水网格局与地形地貌的关联性评价模型。采用冗余分析可以很好解决以上问题，基于此建立水网格局与地形地貌的关联性定量评价体系具有重要意义。

发明内容

本发明旨在提出一种基于概率估计的河网连通性动态评价方法，通过建立评价模型，综合考虑区域水网格局和地形地貌特征，对水网格局与地形地貌的关联性进行定量化系统评价。

为了达到上述目的，本发明采用下述技术方案实现：

一种基于冗余分析的水网格局与地形地貌关联性评价方法，该方法包括以下步骤：

收集待分析区域的地形地貌数据和河网数据，将评价指标划分为水网格局指标和地形地貌指标两类，进行评价指标选择与预处理；

将评价指标进行归一化处理，得到归一化后的水网格局指标和地形地貌指标；

进行水网格局与地形地貌的冗余分析，综合考虑待评价区域的水网结构指标和地形地貌指标特征，建立评价模型，该评价模型基于水网结构指标和地形地貌指标两者的多元回归关系和方差解释，以生成水网格局指标与地形地貌指标之间的匹配度；

依据评价模型对水网格局与地形地貌关联性进行评价。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1)生产区域现状水网格局与地形地貌之间的匹配度；

2)通过发现与地形地貌特征不一致的水网，为水网功能和适应性分析提供依据；

3)有利于提升流域管理部门的水网认识和管理能力，提高区域水网的治理和规划水平。

附图说明

图1是本发明的一种基于冗余分析的水网格局与地形地貌关联性评价方法流程图；

图2是本发明的一种基于冗余分析的水网格局与地形地貌关联性评价方法数据架构意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明技术方案进行详细地描述。

如图1所示，是本发明的一种基于冗余分析的水网格局与地形地貌关联性评价方法流程图。图2是本发明的一种基于冗余分析的水网格局与地形地貌关联性评价方法数据架构意图。

本发明流程的具体步骤如下：

步骤1，收集待分析区域的地形地貌数据和河网数据，检查数据的准确性和合理性；其中，所述地形地貌数据至少包括区域数字高程数据、土地利用类型分布数据和坡度数据；所述河网数据为河道线矢量数据；

步骤2，确定评价分区和评价尺度；其中，将待分析区域分为整体区域、山丘区、过渡区、平原区四种类型，评价尺度设置为4km*4km；按照评价尺度将待分析区域划分为等面积的正方形网格，作为空间样本点；

步骤3，评价指标选择与预处理，具体步骤如下：

步骤3-1，选择评价指标，评价指标划分为水网格局指标和地形地貌指标两类，包括选择河网密度(D

水网格局指标s

s

d

式中：n为区域划分的网格总数，s

步骤3-2，为了避免结果出现偏差，计算地形地貌指标d

式中：R

以某区域示例，对地形地貌指标进行共线性分析，剔除存在共线性(即方差膨胀因子大于10)的坡度、起伏度这两个指标，根据表1的结果，剔除VIF大于10的指标；

如表1所示，为地形地貌指标的方差膨胀因子结果示例。

表1

步骤4，将评价指标进行归一化处理，得到归一化后的水网格局指标和地形地貌指标：

归一化值x的表达式如下：

式中：X为待归一化指标值，X

步骤5，进行水网格局与地形地貌的冗余分析，具体步骤如下：

步骤5-1，将归一化处理后的水网格局指标组合为响应变量矩阵S，以具体实施例为例，表达式如下：

步骤5-2，将归一化处理后的地形地貌指标组合为解释变量矩阵D，以具体实施例为例，表达式如下：

步骤5-3，将响应变量矩阵S对解释变量矩阵D进行多元回归计算，得到响应变量的拟合值矩阵

式中：B为拟合系数矩阵，D′为解释变量矩阵D的转置矩阵；

计算解释变量对响应变量的方差解释率，表达式如下：

式中：

依据置换检验的显著性对解释变量进行重要性排序，按顺序依次加入各解释变量做进行冗余分析，通过方差解释的差值确定解释变量的贡献率，表达式如下：

D

D

式中：

步骤5-4，综合考虑待评价区域的水网结构指标和地形地貌指标特征，建立评价模型，该评价模型通过水网结构指标和地形地貌指标两者的多元回归关系和方差解释，生成水网格局指标与地形地貌指标之间的匹配度；

如表2所示，为水网格局指标与地形地貌指标之间的关联性方差解释结果示例。

表2

如表3所示，为地形地貌指标对关联性的贡献率(百分比)结果示例。

表3

步骤6，依据评价模型对水网格局与地形地貌关联性进行评价，分析可得示例区域现状水网格局与地形地貌的关联性和匹配度较弱，TWI在方差解释中的贡献率较高，对水网格局有一定影响作用。

以上技术方案和具体实施方式内容仅用于帮助理解本发明的核心思想，但是不局限于上述实施方式，任何人应得知：凡在本发明的启示下做出的结构变化，与本发明具有相同或相近似的技术方案，均应视为落入本发明的保护范围之内。