基于推理公式法的小流域牛顿迭代计算程序与流域参数影响分析

由于缺乏流量资料,工程小流域设计洪水计算通常需要采用暴雨资料推求法获得相应的洪峰流量。该文基于推理公式法,结合牛顿迭代方法,基于VC++编译平台自主开发小流域设计洪水计算程序,用于快速计算小流域洪峰流量、汇流历时与汇流速度,提高工程小流域设计洪水计算效率。利用该程序计算小流域河道平均坡降、主河道长及流域下垫面条件类别等参数变化实例,分析参数变化对小流域洪峰流量的影响,对揭示小流域设计洪水的影响因素具有借鉴作用。     

天山西部山区流域信息的提取

为了较合理准确地建立天山西部山区分布式水文模型，以哈什河流域为研究区，用新疆比例尺为1：250000、分辨率为100m DEM数据作为基本的地形数据，并借助ArcGIS软件，探讨了天山西部山区流域信息提取的方法。在水系提取过程中，通过引进河网密度来确定集水面积阈值的方法能够提取较合理准确的流域水系，提取的主河道长与实际误差为1％，流域面积与实际误差为0．6％．提取的河网同实际的误差较小．完全能够满足水文模拟与生产的需要。     

基于误差原理的推理公式参数敏感性研究

计算暴雨洪水的推理公式在中国应用较广,其原始参数的误差会产生地面径流峰值的相应计算误差。采用多元函数一阶泰勒公式展开推理公式基本方程,可得到各原始参数一阶代数精度的相对误差传播方程。结果表明,局部产流条件下总暴雨量的相对误差传播效果最强且有放大性,汇流参数、流域面积、主河长的相对误差传播效果大致相当且为加权平均坡降的3倍,下渗量的相对误差传播作用和其与地面径流量的比值密切相关;全面产流条件下,汇流参数、主河长相对误差传播效果相当且为加权平均坡降的3倍,各原始参数的相对误差传播效果还随着暴雨衰减指数和下渗量与地面径流量的比值而变化。研究结论有助于筛选影响洪水成果精度的高敏感性参数,指引这些高敏感性参数的复核率定以提高洪水计算精度。     

GIS技术在小流域地区暴雨推求设计洪水的应用

广东省小流域地区暴雨推求设计洪水的方法主要是广东省综合单位线法和推理公式法。GIS技术结合DEM和土壤数据的应用为流域地理属性的提取提供了便利,进而为无资料地区设计洪水推求提供基础条件。该文以流溪河水库流域为例,采用STRM90m的DEM和国际粮农组织(FAO)1k分辨率的土壤数据,在ArcGIS9.2平台中分析计算流域地理参数,用以计算该流域地区暴雨推求设计洪水,取得较好的效果。     

基于ArcGIS的山区流域特征值提取与探究

流域特征值是河道水文计算的基础要素,是准确计算设计洪水的必要条件。选取两条不同区域的山区河道为研究对象,基于ArcGIS软件中水文地理数据模块,采用SRTM90m分辨率的DEM数据,分别计算青海民和县隆治沟、河北蔚县定安河的流域特征值,主要包括:流域面积、河长和河道比降,并对计算成果进行偏差分析,探究由DEM计算的流域特征值在工程应用中的可行性。结果表明:流域面积在平坦区或人为干扰严重区,提取值偏差较大,在山形明显的山区流域,提取值偏差较小;河长受地形影响较小,提取值偏差较小;河道比降因原始计算公式的差别,提取值偏差较大。     

泗水县小流域设计洪水计算方法分析

本文以泗水县尚家庄和卢沟两个小流域为典型小流域,分别用推理公式法、瞬时单位线法和经验公式法三种方法,进行设计洪水计算,将推算的洪峰水位与实测洪痕高程对照,结果显示推理公式法对泗水县小流域设计洪水适用性最好。     

推理公式法在推求宁家河渠首设计洪水中的运用

推理公式法是规范推荐、无资料地区使用的方法之一。根据邻近站八家户站设计暴雨及设计洪沟汇流参数(包括集水面积、河长、比降等),推求宁家河断面处设计流域暴雨洪水。     

洪积扇区域渠系工程设计洪水计算探究——以乌鲁木齐河分洪工程为例

通过对乌鲁木齐河分洪工程渠道沿线洪沟洪水的成因分析,对于山区河沟,采用水文比拟法计算出各河沟出山口处的洪水,对于出山口以下纯坡面区域,采用推理公式法计算其小流域暴雨洪水。根据沿线典型洪沟调查洪峰与推理公式法计算洪峰的拟合情况,率定出计算参数m为Ⅲ类,R=1.1、r1=0.76。对小东沟、乌什城沟出山口断面与渠线断面分别进行洪水调查,可知山区河沟出山口以后每公里河长洪峰衰减率为3.7%~3.9%。利用谷歌卫星地图结合现场调查,将分洪渠道沿线洪沟划分为各个相对独立的区域,对每一个区域分别计算出上游山区衰减至渠线断面的洪水和洪积扇区间洪水后,按照调查洪峰流量的比例将该区域洪峰总量分配到区域内与渠线相交的各个洪沟断面,基于工程安全性考虑,对于有汊流的洪沟,其最终设计洪水成果按加成20%进行处理。     

应用推理公式计算广西特小流域暴雨洪水可突破θ值限制的探讨

为了探讨广西特小流域(≤1 km2))暴雨洪水计算问题,分别应用纳希瞬时单位线法和推理公式法,对广西各特小流域的小(二)型水库的暴雨洪水计算表明:应用推理公式法计算暴雨洪水,虽然流域参数θ值远小于《广西水文图表》规定的相应最小值,但所计算得出的暴雨洪峰和水库对洪水过程调洪结果,与应用不受流域参数θ值影响的纳希瞬时单位线法得出的相应结果相当接近。因此,应用推理公式法计算广西特小流域暴雨洪水,可突破《广西水文图表》原定的流域参数θ值限制。     

基于坡面排水设计的两种暴雨洪水算法应用

对于坡面长度小于1.5 km的坡面排水设计,工程中往往缺乏足够的水文信息和数据,其设计暴雨洪水计算参数的选择决定着设计暴雨洪水的可靠性。通过采用水科院推理公式法和林平一法相结合的方式对算例进行相互验证,针对两种算法中各参数的变化对计算成果的影响进行了分析,同时利用标准差对参数的灵敏度等进行了研究。结果表明:①两种算法具有相似性,共性的参数较多,采用两种算法相互验证小面积坡面设计暴雨洪水,可以提高计算成果的可信度;②两种算法中,参数■与流量正相关,参数L,μ,N_0与流量负相关;③水科院推理公式法各参数的灵敏度顺序为■;④林平一法各参数的灵敏度顺序为■;⑤对于一个确定的坡面长度小于1.5 km的坡面排水工程,设计暴雨洪水的计算成果主要受参数m值或N_0值的影响;⑥采用林平一法验证,可有效降低规范推荐的水科院推理公式法中汇流参数m取值的误差,使小面积坡面设计暴雨洪水的计算成果更符合客观实际。分析成果可为边坡排水设计提供支撑。     

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。     

基于不同分辨率DEM提取坡度值的转换关系研究

基于DEM提取计算单元坡度是分布式水文模型构建的重要手段之一,通过研究不同分辨率DEM对WEP-L模型计算单元坡度的影响及其转换关系,为模型计算中坡度与其他运算量之间非线性关系带来的计算精度与计算效率之间的矛盾提供解决方案。以NASA发布的30 m分辨率DEM数据为基础,以不同尺度流域(南小河沟流域,面积36.3 km~2;泾河流域,面积4.5万km~2)为研究对象,利用分形结合半方差函数的方法分析低分辨率DEM提取的计算单元坡度向高分辨率DEM提取的坡度信息转换的规律。研究发现以30 m分辨率DEM为基础提取的子流域套等高带结构能够很好地反映南小河沟流域地形"坡度等高分布"的特点;利用分形结合半方差函数的形式能够有效地实现基于低分辨率DEM提取的流域基本计算单元坡度向"真实"地形坡度值转换。根据模型计算需求,给出了不同分辨率DEM数据提取坡度值的转换关系。本研究可为分布式水文模型搭建面临的计算精度与计算效率矛盾问题提供借鉴和参考。     

基于流量-面积比值的小流域设计洪水计算方法对比研究

为确定分布式模型法、地区瞬时单位线法及推理公式法在估算山区小流域设计洪水过程中的适用性,基于洪峰流量-流域面积比值,以重庆市綦江区蒲河水系为研究对象,采用3种方法分别进行设计洪水计算,并与重庆市实测100 a一遇洪峰流量进行对比。结果表明:①当流域面积＜10 km²时,采用推理公式法更合理可靠;此时河道坡度较大,流域的产、汇流条件符合推理公式法假定条件,计算结果符合实际。②当流域面积为10~100 km²时,分布式模型法与地区瞬时单位线法均可合理计算设计洪水,但前者计算结果比后者更接近实测值。此类流域河道长、坡度平缓,流域的水动力在空间中可视为均匀的扩散;计算格栅单元间连续性强,各栅格向流域出口演算能合理反映真实的设计洪水过程。③当流域面积＞100 km²时,3种方法计算结果与实测值均有不同程度的偏离,但分布式模型法偏离程度最低,可作为设计洪水计算的首选方法。研究结果将有助于合理选择设计洪水计算方法,为类似山区小流域设计洪水计算提供参考。     

城镇小流域设计洪峰流量计算方法研究

城镇小流域地处城市化发展快速地区,设计洪峰流量是确定城镇防洪安全的重要依据。阐述了广泛应用于城镇小流域设计洪水计算的综合单位线、推理公式、城市水文学和室外排水公式等方法的基本原理,分别利用这4种方法计算深圳市民治河流域设计洪峰流量。结果表明:尽管不同方法所得结果有一定差异,但综合单位线法与其他方法所得结果的相对误差均在允许范围内,采用综合单位线法所得结果作为设计成果能够满足城市防洪安全。     

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。     

Arc Hydro模型提取流域水文信息及精度分析——以松花江流域为例

流域水文模型已成为流域水文信息提取的重要手段。运用Arc Hydro模型以松花江流域为研究对象,以分辨率为90 m的SRTM DEM为数据源,以松花江流域1∶25万水系矢量数据为参照,分别在400,500和600 km2三个不同集水面积阈值下进行河网提取。运用图像比对软件Alike Duplicate Image Finder对所提取河网进行精度分析。结果显示:集水面积阈值为500 km2下提取的河网最为精确。在500 km2集水面积阈值基础上,运用Arc Hydro模型将松花江流域划分为642个子流域。基于Arc Hydro模型提取的松花江流域河网与实际河网基本一致,说明利用该模型进行流域水文信息提取是合理可行的。     

流域分布式侵蚀学坡长的估算方法研究

坡长是USLE/RUSLE应用到流域尺度上较难提取的因子。本文从理论上对坡长进行分析,提出以流域分布式侵蚀坡长来反映地形因子的坡长值,并采用迭代累积的算法提取坡长,同时考虑了侵蚀、沉积、沟道,较完整地实现了坡长的计算条件。对实例进行计算、分析,并同已有估算方法进行了对比。该方法有效地表达了坡长与地形的相关关系,计算结果准确,空间分布合理,适合于在流域和区域尺度上基于DEM对地形因子进行提取与分析。     

基于DEM的数字河网生成方法的探讨

 流域地形是决定河网水系的一个关键性因素,是数字流域和分布式水文模型研究的主要内容。总结了根据流域的数字高程模型（DEM）自动提取河网水系的集水面积方法。首先计算出流域上各点（或栅格）的集水面积;然后通过分析临界支撑面积（CSA）的取值对所提取的数字水系总长度以及平均坡降的影响,确定反映该流域河流地貌发育的临界支撑面积。并选择一个面积为265 km2的流域进行了河网水系提取的实例分析, 所得结果和实际情况比较符合。该方法自动化程度高,在分析流域的河网水系结构特征时具有一定的应用价值。     

Arc Hydro模型在流域水文特征提取中的应用——以蓟县沙河流域为例

详细介绍了基于ArcGIS9.3平台的Arc Hydro模型的结构及使用方法,包括从原始高程数据提取河网的步骤。研究区域选取天津市蓟县的沙河流域,采用90 m分辨率的DEM作为基本地形数据,对沙河流域水文特征的提取,共生成28个子流域。分析结果表明:与实际河流水系特征基本吻合,因此应用Arc Hydro工具集划分的流域结果是合理的。     

基于数字高程模型的水文模拟对比分析

本文以GIS为平台，分析比较了不同类型的地形及网格大小的数字高程模型(DEM)所提取的汇流路径长度、坡度等地形特征值。在新安江模型参数物理意义研究的基础上，将汇流参数与地形特征值建立相关关系。利用相关关系确定参数，进行水文模拟，通过分析比较不同网格大小的DEM对水文模拟的影响，确定了满足实际洪水预报要求的DEM网格大小。