基于SWMM和遥感影像融合的城市雨洪模拟研究.pdf

华中科技大学硕士学位论文

摘要

在全球变暖、极端降雨增多以及城市化进程加快的背景下，城市雨洪灾害日益频

发，城市雨洪也因此成为了水文水资源及其相关领域高度关注的一个热点研究课题。

由于城市建设改变了水文循环的自然条件，以SWMM模型为代表的城市雨洪模拟对

下垫面参数提出了更高要求。遥感技术发展迅猛，各具特色的多源遥感影像数据愈发

丰富，为城市下垫面参数获取提供了新的手段。

为了构建科学合理的SWMM模型对城市雨洪进行模拟，论文从SWMM模型原

理出发对其参数进行分析，在此基础上，引入多源遥感影像融合技术，研究适合于获

取SWMM模型下垫面参数的遥感影像融合方法并进行实例应用，对城市雨洪模拟研

究具有重要理论意义和实用价值。论文的主要研究工作及取得的成果如下：

（1）分析了SWMM模型参数及其获取方式：根据SWMM模型的组成模块和

计算原理，明确了构建SWMM模型的参数及其率定需求，论述了城市下垫面参数对

提升模型精度的重要性，分析和提出了SWMM模型下垫面参数的获取方式，为提高

SWMM模型参数选取的针对性及其获取效率提供了理论基础。

（2）采用了基于遥感影像融合的城市下垫面参数获取方法：对比了不同遥感影

像融合层次，根据SWMM模型对下垫面参数获取的实际需求，选取PCA变换、HIS

变换、HSV变换和小波变换等4种像素级遥感影像融合算法，设计了9种不同层次

和不同权重遥感影像融合实验方案，通过对融合影像质量进行定性分析和定量评价，

筛选出了合适于获取SWMM模型下垫面参数的遥感影像融合方法，为提高城市下垫

面参数获取精度和效率提供了新的技术支撑。

（3）基于SWMM和遥感影像融合的城市雨洪模拟实例应用：以山东省菏泽市

部分城区为例，应用3层小波变换对研究区的遥感影像进行了融合，通过监督分类

从融合影像中获取了研究区的土地利用类型，进而提取了相应的下垫面参数，提高了

参数获取精度与效率；在此基础上，结合降雨和管网系统，构建了研究区的SWMM

模型并对城市雨洪进行了模拟和分析，验证了基于SWMM和遥感影像融合的城市雨

I

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洪模拟方法的有效性和实用性，为城市雨洪模拟提供了一条新的途径。

论文将遥感技术引入城市雨洪模拟研究，具有较大的学科交叉特色，提出的城市

下垫面参数遥感影像融合获取方法，对提高SWMM模型的精度和效率具有重要理论

意义，在城市内涝预测与评估实践中具有广泛应用前景。

关键词：城市雨洪；SWMM；遥感影像融合；下垫面参数；小波变换；GIS

II

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Abstract

Underthebackgroundofglobalwarming,theincreaseofextremerainfallandthe

accelerationofurbanization,thedamagesofurbanstormwaterarehappeningmore

frequently.Therefore,urbanstormwaterhasbecomeahotresearchtopicinhydrology

waterresourcesandrelatedfields.Becausethenaturalconditionsofhydrologicalcycle

havebeenchangedbyurbanconstruction,thehigherrequirementsforunderlyingsurface

parametersareputforwardbyurbanstormwatersimulationrepresentedbySWMM.With

t