黄土高原沟壑区沟道提取时阈值范围的研究

沟道是水文信息的基础要素,准确地提取流域中沟道信息,是水文模型的构建、流域的划分等的必要条件。目前提取沟道通常采用河网识别法,但在阈值的选择上,往往是根据不同的流域而确定,阈值的适用范围仅限于本流域。通过对黄土高原沟壑区的不同流域为例,分别选用不同分辨率的DEM,按不同阈值进行沟道提取,讨论了DEM的分辨率对沟道提取的影响,得到适用于黄土高原沟壑区提取沟道的合理阈值范围,最后根据实际沟壑密度对得到的阈值范围进行验证。研究结果表明,黄土高原沟壑区,不同流域提取的沟道,其沟壑密度具有一定的相似性。     

基于最优尺度下的黄土高原区小流域密度及分形规律

考虑尺度效应产生地表信息量表达的差异性,基于GIS与均值变点法对15个常用DEM模型尺度进行分析,得出表达陇东地区小流域密度与分形的最优尺度为90 m,汇流累积量阈值为500.以此为基础,分别使用2000年、2009年、2019年最优尺度下的DEM提取流域沟道信息,计算密度及分形分维值,并分析其时空变化规律,得出:20...     

嘉陵江汇流特性统计及分形分析

嘉陵江汇流特性对长江重庆河段的泥沙运动与河床演变影响重大。根据1955~2011年的原型实测水文资料,通过数理统计方法,分析了嘉陵江汇流比的变化趋势和频率分布特性,应用分形几何方法研究了日汇流过程曲线特征,提出采用分形汇流比RD全面量化复杂汇流过程,并探讨了RD的参数构成及变化规律。结果表明：嘉陵江日汇流比R的变幅随北碚站流量Q的增加而逐渐缩窄;各级流量对应的汇流比区间频率具有中间大、两端小的分布特性,累积频率分布曲线呈现两端平缓、中间陡峻的变化特点;分形汇流比RD随流量的增大而增大,全年RD与汛期RD的变化规律基本一致,汛期汇流过程对全年汇流特征影响显著。     

基于DEM和GIS的流域水文信息提取——以巴中市为例

为了探讨基于DEM和GIS的流域水文信息提取过程中阈值确定的有关问题,应用ArcGIS中的Hydrology水文分析工具,对巴中市水域的水文信息提取进行了研究。研究结果表明:1汇流累积量与河网密度、流域面积满足二阶导数关系,利用导数关系能够有效确定河网提取阈值。2阈值对河网信息提取具有较大的影响,阈值越小,河网越稠密。当阈值达到8500时,提取的河网密度和面积基本趋于稳定且与实际水系基本符合。3实际地形特征、原始DEM数据可能存在的误差以及其他人为因素等都会对水文提取结果产生影响。     

基于一维运动波理论的坡面汇流和沟道汇流数学模型研究

一维运动波理论常用于坡面汇流和沟道汇流的模拟,根据坡面汇流和沟道汇流的特点,采用不同形式的运动波控制方程组来分别描述坡面汇流和沟道汇流过程。采用Mac Cormack格式开发了坡面汇流模型,采用线性离散和非线性离散的显式有限差分格式开发了沟道汇流模型,通过3个典型的算例对各模型进行了验证。验证结果表明,开发的沟道汇流模型是成功的;空间步长的尺度对数值解精度有较大影响,步长越小,数值解精度越高;在沟道汇流模型中,线性求解和迭代求解两种方法的计算结果基本一致。     

黄土丘陵沟壑区沟道特征及分异规律研究

为了更清楚地认识黄土丘陵沟壑区沟道特征及其分异规律,以延安市碾庄沟流域为研究区,采用基于GIS的水文分析方法和空间分析方法计算了沟道级别、长度、高差和比降特征,并从沟道尺度和流域尺度分别分析了沟道特征及其分异规律。结果表明:在沟道尺度下,沟道级别、沟道长度、沟道高差和沟道比降4种特征具有明显的空间分异规律,沟道级别越高,沟道数量越少,沟道长度越大,沟道比降也越小,而沟道级别与沟道高差无相关性;在小流域尺度下,不同流域的最大沟道级别、平均沟道长度、平均沟道高差和平均沟道比降具有空间分异性,但空间自相关性不显著。     

沟道截断对分布式土壤侵蚀学坡长提取的影响

地形是影响土壤侵蚀的重要因子,分布式土壤侵蚀学坡长是地形因子的重要参数。坡长与侵蚀过程相关,且受地形影响较大,在提取过程中,遇到沟道截断,坡长不再累计。由于沟头位置较难确定,通常沟道提取采用设置一定的汇水面积阈值来实现。然而,沟道对坡长提取结果的影响、不同阈值对坡长提取结果的影响、在无法确定沟头位置情况下如何更加合理地设置截断阈值等问题,亟待研究。本文以黄土高原县南沟和韭园沟流域DEM为数据源,对沟道引起的坡长截断进行对比分析。结果表明,沟道截断对坡长提取的平均值影响小于对坡长最大值的影响;不同区域对坡长的影响小于阈值设置的影响;黄土高原地区的沟道截断阈值可参考平均坡长降低的变化率为4%来设定。     

基于DEM和ArcGIS的浐灞流域水文特征提取研究

基于DEM数据,在ArcGIS环境下,提取浐灞流域的坡度、坡向地形特征以及不同集水阈值下的流向、河网密度、河源数等水文信息。结果表明:集水阈值和河网密度、汇流面积之间存在幂函数关系,阈值越大,河网越稀疏;对其二阶求导确定了流域的最佳阈值为8000,避免了以往确定阈值的主观随机性。运用ArcGIS嵌套软件TauDEM提取了最佳阈值的河网,并利用Strahler法对河网进行了分级。提取的河网与浐灞自然水系基本吻合,流域地形水文特征符合流域概况,可直接作为水文模型参数,为浐灞流域的分级管理提供数据支持,该方法提高了建立流域水文模型的效率,成本低且精度高。     

喀斯特分布区小比例尺地表水系提取及阈值分析——以黔中水利枢纽工程区为例

针对喀斯特峰丛洼地集中连片分布区小比例尺水系提取及该尺度下阈值的合理确定,以精准、快速和经济提取大范围区域主干河网水系为目标,选取黔中水利枢纽工程区为研究对象,基于改进的30 m ASTER-GDEM数字高程数据,利用ArcGIS10. 2的Hydrology水文地理分析技术,探讨了无大比例尺水系图参照条件下喀斯特分布区地表水系提取及其合理汇流阈值的确定。结果表明:汇流累积量阈值的大小是决定河网密度的关键因子,阈值由小到大变化过程中河网密度的变化呈现出先快速降低后渐缓变化的趋势,即河流的数量随汇流累积量阈值门槛的升高而减少。通过分析汇流累积量与河网密度、河流总条数、河道总长之间的关系及其斜率变化,发现汇流累积阈值10 000是一个变点,阈值10 000以下河网密度、河流总条数、河道总长变化剧烈,10 000以上则变化趋缓。取汇流阈值10 000提取的水系叠加在Google Earth高分辨率遥感影像上与研究区互相独立的横江流域进行验证,结果发现该阈值下的水系基本与现状河流吻合。     

房山区小流域主沟道水文形态调查结分析及经验

为了全面查清房山区小流域主沟道现状,掌握小流域主沟道水文形态特征,开展了第一次小流域主沟道水文形态调查。主要针对房山区境内因坡面径流冲刷土体、切割地表而形成的侵蚀沟道展开调查,查清侵蚀沟道的分布位置、数量以及沟道的形态特征和发展状况,把握现有沟道内的自然植被以及人为破坏情况,为后期小流域主沟道治理提供依据。     

人类活动对无定河流域不同地貌区水沙变化的影响

为了研究人类活动对无定河流域不同地貌区水沙变化的影响,选择无定河流域内风沙区海流兔河和黄土丘陵沟壑区大理河代表水文站1956-2010年的水文泥沙实测数据。采用Mann-kendall和Pettitt法分别对水文泥沙数据进行趋势分析与突变检验,确定发生突变的临界年份,再利用双累积曲线法的回归方程定量确定人类活动对两种地貌区水沙变化的影响。结果表明:风沙区代表水文站韩家峁站控制流域的面降水量、年径流量和输沙量发生突变的临界年份分别为1970年、1985年和1986年;黄土丘陵沟壑区代表水文站绥德站控制流域的面降水量突变的临界年份为2000年,而年径流量和输沙量临界年份均为1971年。与基准期相比,风沙区年径流量与输沙量分别减少10.02%和43.90%;黄土丘陵沟壑区年径流量与输沙量分别减少21.03%和40.20%。人类活动对风沙区的减水和减沙效益分别为21.74%和81.43%,对黄土丘陵沟壑区的减水和减沙效益分别为27.12%和58.46%。     

黄土丘陵沟壑区沟道水资源分析与调控

通过对延安黄土丘陵沟壑区实地调查, 并结合当地水文资料及土地利用现状计算了典型沟道水资源量。结果 表明: 沟道地具有富集降水的能力, 有利于发展雨水集流工程; 同时, 雨季沟道中产生较多地表径流, 易造成水害。 因此, 在沟道中合理规划排蓄水工程, 是调控水资源和提高水资源利用效率的重要途径。     

广西桂东南区域崩岗关键影响因子及敏感性研究

崩岗是我国南方地区常见的自然灾害,但目前关于崩岗的研究大多是从定性上分析,鲜少有研究从定量上评估、预测其风险性。以桂东南区域作为研究区,利用RS与GIS技术,选取高程、坡度、坡向、土壤、地质、土地利用、植被覆盖度7个影响因子作为评价指标,以80%崩岗作为训练样本,采用Logistic模型计算出每个影响因子的权重并建立敏感性预测模型,利用ROC曲线进行模型拟合度评估,20%崩岗作为评价结果验证。结果表明:ROC曲线下的面积AUC值为0.718;地质是崩岗侵蚀的关键因子,其次为高程、坡向;研究区极度、高度、中度敏感面积分别占总面积的10.17%、19.30%、26.49%,敏感性评价结果与实际崩岗的分布趋势基本一致。研究结果表明Logistic模型可应用于区域崩岗的关键影响因子与敏感性评估中。     

基于DEM的黄土丘壑区动力学流域水沙数学模型应用研究——以黄河中游两个典型小流域为例

该文以黄土丘陵沟壑区典型小流域—岔巴沟流域为研究对象,首先采用地理信息系统(GIS)对坡度和土地利用方式等侵蚀产沙环境因子提取分析,提出基于网格的超渗产流模型和基于运动波理论的栅格型坡面汇流模型,然后采用Preissmann四点隐式差分进行方程的离散求解。另外根据研究区地形及地貌特点将其分为梁峁坡、沟谷坡和沟槽三种垂直分带侵蚀单元,采用力学分析建立其侵蚀产沙公式和分布式坡面流运动波模型进行耦合求解。本模型在岔巴沟流域1970~2001年17场水沙过程的模拟和验证结果表明:产汇流、产沙计算平均确定性系数分别为0.69、0.58。杏子河流域验证结果也表明该模型对黄丘区水土流失时空过程的模拟计算具有一定精度,模型预测成果可为黄土高原水保规划和生态建设等提供更为精细和科学的决策依据。     

基于格点数字高程模型生成流域水沙运移路径图的研究

本文在分析测试前人关自动生成流域水沙运移路径图象算法和软件的基础上，发现这些件要么对格点数字高程模型进行滤波以消除孤立的、较浅的洼地，要么进行填洼消除的洼地，要么进行填洼消除所有的洼地，这两种方法都会改变原始地形的高程。     

黄土与紫色土抗侵蚀机制试验研究

应用人工模拟降雨试验,在同等试验条件下对黄土和紫色土坡面产流及产沙特征进行了对比研究。研究发现黄土坡面属于超渗产流,坡面发育较深的侵蚀沟;紫色土属于蓄满产流,坡面沟道不发育或发育微弱,且同等条件下黄土的坡面侵蚀量远大于紫色土。在制订保土措施时,应结合土壤特征选择适当的方法,以达到理想的效果。     

利用瞬态剖面法测定非饱和黄土的渗透性曲线

瞬态剖面法是量测非饱和土渗透系数的直接方法之一。本文以室内模型试验为基础，利用瞬态剖面法测量重塑黄土试样的非饱和渗透系数。试验以陕西泾阳泾河南岸的黄土塬南缘马兰黄土为对象，将重塑干黄土样筛入一圆形玻璃筒内，上部补给一定量的水，然后量测不同时刻土柱内不同深度的质量含水量，并换算为体积含水量；同时采用张力计法测定模型桶土样的土-水特征曲线，即不同含水量土样的基质吸力。计算得到不同时刻模型桶内土样的水头剖面，由此确定渗流速度和水力梯度，并得出不同体积含水量土样的渗透系数。对瞬态剖面法得到重塑黄土样的非饱和渗透系数进行回归分析，获得渗透系数与含水量，渗透系数与基质吸力的指数函数关系。     

黄土高原小流域分布式水蚀预报模型

本文基于黄土高原丘陵沟壑区小流域地形复杂、径流与侵蚀产沙具有明显垂直分带性的特点，以栅格DEM(Digital Elevation Model)为基础，提出由水文模块和侵蚀模块两部分组成的黄土高原小流域分布式水蚀预报模型。水文模块包括降雨、截留、微地形表面存储、入渗、地表径流和沟道流过程，采用运动波方程实现汇流演算；侵蚀模块考虑雨滴击溅分离、坡面薄层水流、细沟水流、浅沟水流和沟道流剥离与沉积等基本过程，运用泥沙物质平衡原理完成泥沙输移计算。应用模型对次降雨事件模拟的初步结果表明，模型对中度以上侵蚀性降雨事件的模拟精度在85％以上。     

考虑水土保持措施的水文水力耦合模型研究

基于栅格型DEM数据,提取数字水系和空间拓扑信息,在考虑流域水保措施的情况下,建立了水文学水力学相耦合的适用于黄土干旱区小流域的分布式水文模型。以黄河无定河水系岔巴沟流域为例,应用分布式水文模型对该流域1970年~1989年11场洪水进行了流量过程模拟。结果表明：计算结果与实测值基本吻合,一定程度证实了所研制水文模型结构、参数和计算方法的合理性。