常用免费DEM数据质量分析

以常用HydroSHEDS void-filled DEM、SRTM、ASTER GDEM等五种DEM数据为研究对象,针对不同流域下垫面地貌形态,采用不同的地貌特征分析方法以及将流域真实水系和模拟河网对比分析等方法,研究了多源DEM数据的质量问题。研究发现ASTER GDEM数据主要问题是噪声大,HydroSHEDS void-filled DEM和SRTM数据的主要问题是存在模糊,噪声、模糊均会降低数据的精度和提取的模拟河网的精度,但从整体上来看,三种DEM数据提取的模拟河网的质量相当。     

GIS环境下基于DEM的水文特征提取

以三水河流域为研究对象,采用ASTER GDEM数据为基础数据,探讨了运用ArcGIS软件中的Hydrology工具集进行流域水文特征提取的过程,阐述了Hydrology工具集中各水文工具提取河网水系、划分流域及子流域方法的关键步骤.提取出的三水河流域特征信息与标准流域特征对比表明:基于DEM的流域水文特征自动提取的河网信息及子流域、河段、汇流点等水文要素信息可直接作为水文建模的输入数据,大大提高了水文模型的效率,并且可以方便地利用遥感等数据源,数据获取速度快、成本低.     

SRTM与ASTER GDEM数据比较——以淮河上游地区为例

SRTM3和ASTER GDEM是目前为止应用最为普遍的数字高程模型,由于其成像方式和自身分辨率的不同,会使这两种数据产生一定差异。在淮河上游地区展开实验,把基于1∶50000万比例尺的两个DEM数据相比较,分别比较这两种数据在水平位置偏移、高程、坡度、坡向上的差异。结果表明:等高线与河谷都有着明显的偏移;SRTM3与ASTER GDEM数据之间的高程差距在平原地区并不大,而在山区,两者高程差距非常大;SRTM3的坡度相对较为平缓,坡度的大小相对较为集中;ASTER GDEM的坡度相对比较陡峭,坡度大小分布较为分散,SRTM3的坡向分布较为分散,ASTER GDEM的坡向相对而言比较集中。     

基于DEM的塔里木河流域数字河网提取与分析

针对干旱半干旱地区数字河网提取及修正问题,以塔里木河流域为研究区域,基于30 m水平分辨率AETER GDEM数据产品,利用Arc Hydro Tools模型对流域河网进行提取,并以水文站为子流域出口断面划分子流域,分析不同类型地貌特征河网提取与实际情况的差异,对河网提取与实际情况误差较大区域基于AGREE算法进行DEM修正。结果表明:(1)基于DEM进行河网提取的结果在地势起伏较大的山地精度较高。在丘陵平原等地区由于采样误差、人类活动等原因精度较差甚至出现错误,对不同类型的地貌单元应进行不同程度的DEM修正使提取河网与实际情况相符合。(2)河网提取时将汇水面积阈值设定为子流域最大汇水累积量1%时提取结果与实际情况最为符合。(3)从提取的效率来看,利用DEM和Arc Hydro Tools并结合DEM修正技术对流域河网进行提取效率较高,适用于水文模型构建的基础工作。     

基于D8算法和Dinf算法的水系提取研究

目前基于DEM提取水系研究较多,采用的方法不同,但对于对比不同方法的研究较少。以福建省为实验样区,采用SRTM DEM高程数据,对比分析了单流向算法(D8算法)与多流向算法(Dinf算法)提取水系结果。结果表明:Dinf算法提取的水系质量优于D8算法,但其计算过程较D8算法复杂;在平坦区域和大河流区域中,Dinf算法改善了D8算法容易产生的"平行伪河道"问题,生成的河网会比较圆滑、自然。     

基于格网DEM的流域水文信息提取——以陕西省绥德县韭园沟流域为例

利用流域范围内的格网DEM提取流域水文信息,并与当地枯水期TM影像进行对比,得出相应结论。研究采用国家标准比例尺1∶50000的数字地形图为数据源,利用等高线和高程点信息,在Arc GIS软件中生成研究区5 m分辨率的数字高程模型DEM,并在DEM的基础上,利用Arc GIS中的水文分析模块对研究区流域内的水文特征、水流方向、河网信息等进行提取,并将不同阈值条件下提取河网结果与TM影像进行对比得出以下结论:阈值设定为400000时吻合度最高,当阈值高于此值时,河网支流信息遗失较多,且部分主干道也存在断流现象;当阈值低于此值时,会出现很多在现实中不存在的"伪河道";利用DEM进行河网提取时会出现平行河网和主干道缺失的现象;在基于DEM提取河网的算法中,可以考虑在栅格上赋较高的水量值,代替上来水,但是这势必影响模型的自动化程度,同时赋值的大小也有待于研究。     

基于无人机倾斜摄影测量的山丘区表面高程数据评价

以太湖源头区和睦桥小流域为研究对象,通过无人机倾斜摄影测量技术,构建数字高程模型(DEM)及正射影像图,分别生成0. 08、1、5、10 m等4种分辨率的DEM。与实测高程点对比可知,1 m分辨率的DEM能够较好地反映实际地形的信息。将无人机测量获取的DEM与SRTM、ASTER GDEM数据对比发现,SRTM、ASTER GDEM等地形数据受自身空间分辨率的限制,对地形有明显的坦化作用且存在异常值。研究表明,无人机获取的小尺度地形数据优于SRTM、ASTER GDEM等开源数据,可用于小流域表层关键带地形勘测。     

基于公共DEM的平原湖泊流域特征提取研究及应用

以典型的平原湖泊流域花马湖流域为例,针对流域缺乏实测地形数据,提出了基于公共DEM数据的流域特征(流域面积、河网结构、主河流长度和主河流比降)提取方法,并探讨了数据源、重要步骤对结果的影响,结果表明:河网校正对于消除平行河流,提高河网提取精度有明显的效果,平均误差降低了超过40%;低水平分辨率、高垂直精度的SRTM数据比高水平分辨率、低垂直精度ASTER数据结果更加可靠。同时还探讨了主河流相关参数提取结果的精度,结果表明采用自动提取方法能避免主观判定主河流走向带来的误差;河流比降与实测值也较为接近,绝对误差在-0. 11‰～0. 7‰之间。从提取的效率和结果精度两方面来看,基于公共获取数据的流域特征自动提取方法是切实可行的,在水利规划等领域中具有广阔的应用前景。     

基于ArcHydroTools流域特征参数快速提取过程

流域水文模型已成为流域水文信息提取的重要手段。以云南省双柏县为研究区域,以分辨率为90m的SRTM DEM为数据源,采用ArcHydroTools对双柏县32条河流的特征参数进行快速提取,与以前采用手工方法提取河网相比,提高了工作效率。从提取的结果来看,基于ArcHydroTools提取双柏县内河网与实际河流基本一致,说明利用该工具进行流域水文信息提取是合理可行的。     

基于 DEM 的青海省西宁市地区河网流域特征自动提取

为获得青海省西宁市地区的河网特征,应用 ArcGIS10软件中的水文分析工具,基于美国联邦地质调查局（USGS）的 SRTM3 DEM 数字高程模型数据提取了研究区域水流流向、汇流累计量及河网水系等流域特征信息,进行了河网分级及子流域划分,并将提取结果与研究区遥感影像图进行对比。结果表明：基于 DEM 数据提取河网流域特征与实际自然水系的特征较为吻合,可作为一种流域水文分析的优良方法。研究结果可以为流域规划及流域综合治理提供参考。     

Effect of DEM Resolution,Source, Resampling Technique and Area Threshold on SWAT Outputs

Application of an inappropriate Digital Elevation Model (DEM) might lead to uncertainty in modelling of the hydrological cycle. The novelty of this work is the development of a comprehensive framework to evaluate the effect of DEM resolution (12 to 500 m), source (TanDEM-X, SRTM, AW3D30 and ASTER GDEM2), resampling technique (nearest neighbour, bilinear interpolation, cubic convolution and majority) and area threshold (1000 to 50,000 ha) on Soil and Water Assessment Tool (SWAT) outputs based on five criteria: (1) river network extraction, (2) streamflow simulation, (3) topography, slope and basin characteristics, (4) hydrological and (5) water quality simulations. Kelantan River Basin, a tropical basin in Peninsular Malaysia was selected as study area. The major findings are summarized as follows: (1) TanDEM-X had better river network extraction capability than ASTER GDEM2, (2) better monthly streamflow simulations were obtained between 20 m and 60 m DEM resolutions, with the smallest area threshold (1000 ha), (3) TanDEM-X and SRTM DEMs outperformed ASTER GDEM2 on monthly streamflow simulation, (4) DEM resolution, source and resampling technique were insensitive to most of the hydrological components, except the lateral flow, (5) area threshold was sensitive to SWAT-simulated surface runoff, soil water content and evapotranspiration, (6) DEM scenarios had a larger impact on sediment yield simulations compared to the total nitrogen and total phosphorus simulations. We recommend a preliminary assessment of DEM uncertainties on SWAT outputs to obtain more reliable modelling outputs.     

基于DEM的河流长度尺度转换与不确定性分析

空间尺度是地学研究的基础性问题,河流长度的提取依赖于空间尺度,遥感与地理信息系统技术为河流长度的空间尺度研究提供了强有力的工具。以SRTM DEM为数据源,应用最近邻方法对原始数据重采样得到不同分辨率的DEM数据,利用D8算法对不同尺度数据分别提取了钱塘江水系,并利用分形几何方法研究了河流长度的空间尺度。结果表明,D8算法准确地提取出了不同尺度下的钱塘江水系,且钱塘江及其支流具有明显的分形特征,钱塘江及其支流的提取长度,与以往的文献长度基本吻合,最后对误差来源及不确定性因素进行了分析。     

基于SRTM DEM的盘龙河流域河网提取研究

河网、流域盆地的提取对于数字流域建立、流域水文分析等具有重要意义。基于SRTM DEM数据,采用ArcGIS 9.3平台下Hydrology工具提供的地表径流漫流模型,以中越国际河流———盘龙河流域为例,对水流方向、汇流累积量、河网水系及流域边界进行了提取。利用Google Earth和国家基础地理信息系统1∶400万河流资料进行验证.结果表明:基于DEM生成的数字水系与实际基本吻合,流域面积相对误差为1.32%,证明该模型具有较高的精度。     

Assessing Impact of Flood on River Dynamics and Susceptible Regions: Geomorphometric Analysis

Natural climatic hazards like flood, an important hydro-geomorphic process of earth’s surface, have different regional and local impacts with significant socio-economic consequences. Similar was the case in Gujarat State, India during last week of June 2005. This study is about assessing the impact of Gujarat flood on river dynamics. It deals with extraction of water bodies information using radiance image and standard water indices i.e., Normalized Difference Water Index (NDWI) and Modified Normalized Difference Water Index (MNDWI) for pre- and post-flooding periods. Geomorphometric analysis along with drainage network extraction was done using two different Digital Elevation Models (DEMs) i.e., Advanced Space borne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) and Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) and compared. Finally, depressions mapping and comparative analysis of magnitude and directional change of drainage networks was carried out. Results confirmed better accuracy of MNDWI in separating water bodies. The water bodies area increased by 10.4 % in post-flood monsoon compared to pre-flood monsoon and by 3.8 % in post-flood dry season compared to pre-flood dry season. Geomorphometric analysis indicated that ASTER DEM gave more values of maximum slope, average slope, and standard deviation as compared to SRTM. Aspects distribution algorithm did not work well in low relief regions. The drainage network generated using SRTM DEM was more accurate. The depressions identified were more susceptible to flood events. Change analysis of drainage network (deviating 100–300 m) indicated that 5.22 % points deviated between October, 2004 and 2005 and 3.18 % between February, 2005 and 2006.     

水稻的干旱指标与干旱预报

从作物的干旱机理和水稻节水栽培模式变化的角度,提出并论证了以土壤墒情作为水稻干旱 指标的合理性和可行性,并建立了稻田的水分平衡方程与土壤水分消退模型,确定了研究区域以土壤 墒情作为水稻干旱指标的指标取值和对应的干旱等级划分;同时,提出了以断水天数为指标的水稻干 旱预报新方法。应用表明,该方法适合于安徽江淮丘陵区的自然环境条件和作物生长习性。     

无高精度地形资料地区溃坝洪水演进模拟研究 ——以金沙江叶巴滩-巴塘段为例

为准确高效计算缺乏高精度地形资料地区河道中洪水演进过程,在空间分辨率为30 m的ASTER GDEM V2地形数据基础上采用不同方法对金沙江叶巴滩-巴塘区间河道地形进行重建,采用基于显卡加速的地表水及其伴随输移过程模型模拟了2018年"11·03"堰塞坝险情洪水过程,并与实测洪水过程进行对比验证。结果表明:①不同空间插值方法对河道地形特性的插值表达精度相差较大,样条函数法和根据河流走势的趋势平滑法生成的河道地形能较好表达河道地貌形态;②不同断面间距下趋势平滑法河道地形洪水演进模拟精度随断面间距增大而增加,仅使用入流口和出流口断面高程模拟效果在不同断面间距中最好;③使用趋势平滑法生成河道地形时,洪水模拟精度随河道下挖深度的增加呈增加趋势,下挖深度为50 m时NSE达到0.937,R~2达到0.976。研究分析了河道地形重建方法、插值断面间距及下挖深度对洪水演进模拟精度的影响,可为洪水应急抢险快速预测提供数据处理方法。     

基于水文应用的多源数字高程模型精度分析

天空地监测技术的迅速发展使得可免费获取的地形数据越来越多,而不同地形数据的精度和现势性制约着水文科学的创新和发展。收集目前可免费获取的数字高程模型,基于分辨率、现势性、覆盖范围等属性筛选出SRTM、ASTER2 GDEM和ALOS World 3D三类数据源为研究对象,针对不同地形地貌区,计算分析与水文密切相关的DEM衍生特征的精度,进而提出不同数字高程模型在水文应用中的适用范围。经分析:各DEM在地势起伏大的区域,地形宏观描述基本一致;地势起伏小的区域,Aster2 DEM与其他三种DEM存在差异;在中小河流洪水预报的经验模型中,根据资料情况利用任何一种数字高程模型提取流域参数均可,不作为影响模型精度的重要指标。在地势起伏大的地区,除SRTM外各DEM对水系形态的描述精度较高;地势起伏小的地区,除ALOS world 3D能准确描述河口区域水系结构关系外,其余DEM均不能准确描述河口区域水系形态;分布式水文模型的产汇流分析、水文通视性分析等建议使用ALOS world 3D。     

基于LiDAR的青藏高原山坡小流域地形提取方法

数字高程模型(DEM)的精度和分辨率影响着地形分析的结果,这种影响在高原、高山地带尤为明显。以拉萨河夺底沟小流域一处山坡为研究对象,选取典型剖面对比3种DEM数据对实际地形的还原效果。分析表明:SRTM和ASTER GDEM地形数据在青藏高原高山区存在高估山谷谷底高程、漏失地形要素的现象,使用LiDAR技术获取的DEM则可以准确反映实际地形。针对8种分辨率(1,2,5,10,15,20,25,30 m)的LiDAR DEM,使用局部方差均值分析坡度、平面曲率、剖面曲率等地形属性,发现低分辨率DEM在高山地区会遗失大量地形信息,造成地形平坦化和山坡微地形改变。为避免高山地区地形特征失真,给出了坡度和曲率研究适用的最小分辨率阈值:在坡度研究中使用的DEM分辨率应<5 m,曲率研究的最优分辨率为1 m。研究表明在青藏高原高山区,使用LiDAR技术提取高分辨率DEM具有远大的应用前景。     

长江源区河流地貌及水沙特性

长江源区河网密布,多数河流仍处于自然演变过程中,河谷地貌保存完整。基于实地踏勘资料,结合 SRTM3 DEM 对长江源区部分河流河谷地貌及水沙特性进行了分析。研究河流涵盖长江北源楚玛尔河、正源沱沱河、南源当曲、干流通天河及支流布曲、尕尔曲。根据河谷形态及河流地貌,可将这些河段归纳为3类:高原冲积型、丘陵坦谷型和高山峡谷型。其中:高原冲积型河道平面多呈游荡或多股分汊;丘陵坦谷型河道平面呈单一或分汊态势;高山峡谷型河道则为单一河道。研究时段内,长江源3个源头中,当曲流量最大,沱沱河流量大于楚玛尔河;输沙量则表现为沱沱河最大、楚玛尔河其次,当曲最小。泥沙分析发现:平面呈游荡状态的河流,其泥沙特征与其他河型有明显不同,具有悬移质含沙量大、粒径粗且均匀,床沙粒径较细的特点。相关分析显示河道宽度与水流含沙量呈正相关关系,初步说明了游荡河型产生的原因。     

秦淮河流域水系结构及连通度变化分析

为定量分析城镇化所导致的河网结构及水系连通变化,通过计算1990年、2000年、2010年和2015年4个时期秦淮河流域的河网密度、水面率、河网复杂度、河网稳定度、河网连通度、水文连通度,得出秦淮河流域水系结构演变过程及连通度变化规律,并运用统计学方法得到水系结构指标与水系连通度之间的联系。结果表明:近25年来,秦淮河流域河网密度、水面率均呈不断减小趋势,河道呈现主干化特征,流域河网整体规模呈萎缩趋势,水系连通变化与河网结构变化总体趋势一致,均呈降低趋势,且其变化与水面率、河网密度和河网复杂度具有显著相关性。