排水系统是现代城市中重要的市政基础设施，随着合流制排水体制带来的水体污染问题越来越受到人们的重视，新建或改建的排水系统多采用分流排水体制。其中雨水管网系统建设投资大，关系到民生安全，其设计工作不容忽视。汇水区域的地形决定了雨水管网的布置形式及每段管线的服务面积、管径选择、雨水口的形式和布置等一系列问题。在《室外排水设计规范》中并没有对雨水设计流量公式中的汇水面积给出计算方法。通常的划分原则是当汇水区有适当的地形坡度时，依照雨水汇入低侧的原则，按照地面雨水径流的水流方向划分汇水面积，将雨水干管布置在地形低处或溪谷线上。当地形平坦时，则根据就近排除的原则，把汇水面积按周围管渠的布置用等分角线划分，干管布置在排水流域的中间，尽可能扩大重力流排除雨。也有研究采用其他的划分方式，如水的范围Thiessen多边形法 、面积管长比法用中以目视估计和手工划分为主，难以准确地体现地形对汇流的影响或直接忽略了这种影响，划分精度和效率较低，容易受人为因素影响。为准确体现地形对汇流的影响，笔者提出了在GIS环境下基于数字高程模型（DEM）的汇水面积划分方法。DEM数据是地理信息系统的基础数据，自产生以来在很多领域都得到了广泛应用 也是用于流域地形分析的主要数据。通过DEM可提取大量的地表形态信息，如流域栅格单元的坡向、坡度及单元格之间的关系等，基于DEM提取流域的水文特征也发展了多种较成熟的算法 。但基于DEM的水文特征提取主要用于天然流域中河网及相应汇水区的分析研究，用于城市环境下的情况较少，雨水管网作为人工设施，每个管段的汇水区形状及面积除了受地形影响外，同时也受城市规划布局的约束，尤其是道路布局的影响。笔者利用DEM提取流域水文特征的原理和方法，结合城市雨水系统的布置形式与工作特点，提出了一种新的划分方法。
1.1 DEM数据中洼地的处理
洼地是指低于周围栅格的区域，分为伪洼地和自然洼地。伪洼地在DEM数据中非常普遍，主要来自输入数据的错误、不合适的插值方法和栅格大小等方面。自然洼地则是实际中存在的洼地，较小的如地面坑洼，较大的如湖泊、蓄洪设施等。无论哪种类型的洼地，在流向分析时都会造成水流在洼地汇集而无法流出的现象，影响汇水面积分析的准确性，需要作填洼处理。但不同类型的洼地要分别对待，将由于数据采集误差产生的伪洼地和蓄水量不足以影响整体分析的小型自然洼地进行填洼处理，对于大型自然洼地，需要在填洼操作中覆盖洼地范围图层（例如湖泊的汇水边界），对图层下的栅格不进行填洼处理，避免产生与实际情况不符的结果。
1.2 排水路线
道路通常是街区内地面径流的集中地，也是雨水管线的定线基础，城市规划中一般是将雨水管渠铺设在路面以下，在没有铺设雨水管渠的路段，路面本身也承担着汇集和输送雨水径流的作用。因此，在分析汇流面积时将道路和管渠共同组成的雨水排水网络作为研究对象，称之为排水路线。排水路线在空间上与道路中心线一致。排水路线具有坡向，坡向为排水路线上雨水的实际流动方向，当道路铺设有排水管渠时，以管渠坡向作为排水路线坡向，无管渠时则以道路纵坡向为排水路线坡向。最终的分析结果即为每段排水路线的汇水面积。
1.3 道路汇水面积
因为道路边沟通常低于相邻街区的地面标高，雨水在汇入道路之后、发生溢流之前不会再次流出路面，作用类似于管渠，所以要对路面栅格高程加以修改以模拟这一作用。道路数据通常是采集道路中心线而产生的线性矢量数据，本身没有路面宽度信息，路面宽度作为一项属性存储在关联的属性表内。为了在DEM中描绘路面宽度，以排水路线为中心线，单侧路面宽度为缓存半径作缓冲分析，缓冲区的栅格即为路面栅格。首先将排水路线下的路面中心栅格降低一定高程值，两侧缓存区内的栅格高程相应降低，在中心栅格和边缘栅格间形成一个连续的斜面，这样就准确地描绘了道路汇水面积，并使路面雨水汇集到一处。
1.4 基于DEM的流向计算
在对洼地和道路处理完之后，进一步作流向分析。计算水流流向的算法有多种。其中D8流向分析算法是较早提出并得到广泛应用的一种实用算法，该算法是通过比较中心单元格与相邻8个单元格间的高程大小与落差，将高程下降最大的方向视为该单元格的流向，产生流向栅格分析结果。从技D8算法来分析汇水区的地表径流方向。在流向处理时同样需要剔除影响汇流的大型自然洼地，方法与填洼处理时相同。
1.5 流向栅格的修正
由于在道路汇水面积处理过程中只是将沿排水路线的中心栅格降低了同一高度，沿排水路线的地形依然呈高低起伏，相应位于排水路线下方的流向单元栅格还不能准确地反映排水路线上水流的流动方向，沿线流向不一致，所以需要修正这些流向栅格值使水流沿排水路线坡向流动。
排水路线坡向为道路数据或管渠数据采集时的数字化方向，例如，数字化过程中以A端为起点、B端为终点，则该段排水路线由A 坡向B。所以数字化时要以排水路线的高端为起点、低端为终点，使数字化的方向与路面上或管段中的水流方向一致，并按坡向分段进行数字化。
流向修正仅仅对排水路线下的单元栅格的流向作了修正，而两侧缓冲区内流向并没有修正，缓冲区内径流依旧汇入到排水路线下中心栅格部分。
1.6 汇水区的生成
在对排水路线下流向栅格修正之后，在流向栅格图层上就形成了连续的类似天然河网的排水路线，根据流向栅格和排水路线即可分析获得每段排水路线两侧的街区汇水面积。分析结果符合地表径流沿最陡方向流动的自然现象，同时各路段路面上的降水也都在本段汇集。
通过以上分析可获得各段排水路线两侧街区的汇水面积，而在实际情况中，无论是道路还是管渠排水，都不只是承担其两侧街区的汇水量，而是同时担负着输送上游来水的作用，所以需要分析各段排水路线的上游汇水面积，才能准确计算各段雨水径流量。分析上游汇水面积需要明确各段排水路线间的连接情况，才能在此基础上根据排水路线的坡向分析得到总汇流面积。
在管网系统庞大、管段众多、布置复杂的情况下，依靠人工去判断某段排水路线上游的汇水面积是一项费时费力的工作。为了使这项工作实现自动化，定义排水路线的连接情况，即上游路线的末端与下游路线的起端为同一点，这样在排水路线的交汇处，上游排水路线上的径流就可自动流入与其末端相连的下游排水路线，由此分析得到与各段路线的起点连通的所有排水路线，将它们各自的汇流面积组合即为该排水路线上游的汇水面积，这些信息将自动存在属性数据表格中，如此就可以轻松求解某管段的总汇水面积大小及组成。
利用GIS领域中基于DEM的水文特征提取算法的成果，采用了一种新的划分汇水面积的方法: 首先确定排水路线，然后分析流向并获得各段排水路线相应的汇水面积，并考虑排水路线的连接情况，实现总汇水面积的自动化计算与划分。分析过程自动化程度高、结果可靠，比传统方法准确、快速。整个过程在GIS环境中实现，有效利用了GIS强大的数据库管理功能和图形显示功能，对获得的划分结果可以方便地提取汇水区特征参数，如面积、最长汇流路径、特征宽度等，和其他基于计算机的优化及
分析方法之间的数据交换功能也更容易实现，成果表现更为直观明了，有助于城市雨水管网的规划与设计工作更加精确、直观、快速，具有很强的实用性。 2100433B
