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。     

基于栅格数字高程模型DEM的河网提取及实现

从数字高程模型(DigitalElevationModels)DEM直接提取河网及相关流域信息,是分布式水文模型开发与应用的基础。本文基于D8(eightflowdirectionmatrix)处理方法,开发出一套DEM凹陷区域识别与处理、河网自动生成与流域划分软件。在新疆天山,应用本软件在100m×100m精度的DEM数据上生成的河网与全国1 25万的数字河流对比验证,吻合较好。此外,在美国联邦地质调查局(USGS)的HYDRO1k全球1km精度的DEM数据源基础上,所提取生成的长江流域河网,与1 100万的数字长江主要河道对比,差别不大。结果表明,所开发软件能够很好地自动生成流域水系,可为进一步开发分布式水文模型提供技术基础。     

基于ArcGIS9.2与DEM的三花间水文分析研究

介绍了ArcG IS9.2的水文分析原理,利用其水文分析工具对黄河三门峡—花园口区间的DEM数据进行了提取河网、河网分级、确定出水口、生成流域边界等水文分析工作,结果表明：①从三花间DEM数据中提取的河网水系、流域边界是合理的,其数据格式可被调用于各类分布式水文、水质模型中;②基于DEM的水文分析过程得到的河网及流域与真实地形并不完全吻合,原因是获取的DEM地形资料可能存在误差,在进行水文分析过程中也存在方法误差和人为判断误差。     

流域边界提取方法研究综述

流域边界的提取是流域面积量算及其它水文参数提取的基础,对水文分析计算的精度有重要影响.随着数字流域研究的兴起和分布式水文模型研究的深入,水系和流域边界的提取越来越得到重视,提取方法也取得了若干新的进展.对基于纸质地形或水系图、基于遥感影像和DEM的流域边界提取的数据源和方法进行了回顾,并对不同数据源、空间分辨率和算法对提取精度的影响进行了比较.     

基于DEM和WMS的流域特征提取及应用

本文根据数字高程模型（DEM）自动提取流域水系的原理和方法,以江西省吉安市遂川江流域为研究区域进行河网生成试验,提取流域水文特征信息.经分析,应用DEM划分的流域结果合理.     

基于GIS和DEM岷江流域都江堰区域河网水系的提取方法研究

以岷江流域都江堰区域为试验研究对象,论述常用的基于数字高程模型(DEM)提取流域河网水系的方法和原理.采用1:25万DEM作为基本的地形数据,应用ESRI公司开发的ArcGIS地理信息系统软件进行河网水系提取.并对研究区域提取结果进行了详细的分析,得出了河网提取时应注意的问题,为GIS在河网提取方法研究方面提供了更加成熟的理论与实践基础.     

基于GIS的北京市平原区流域水系划分方法探讨

结合北京市平原区实际特征,通过确定平原流域水系级别和划分的原则,基于北京市全要素数字地形图、DEM、航片、行政区划图和城区排水管网等基础数据,应用GIS提取平原河网数据,探讨平原区流域划分方法,并对北京平原流域水系进行边界划分,得到普查标准以上不同水系和级别河流名录与数量,以满足水务普查和其他水务业务需要。     

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DEM的大清河子流域划分方法

针对流域水循环模拟中的子流域划分问题,以大清河流域为例,首先基于ArcGIS软件,以30 m分辨率的DEM作为数据源,进行填洼处理、流向判定、汇流累计量计算等;然后采用河网密度法和水系分维法确定最佳集水面积阈值,提取出与实际最符合的河网,以此更准确地提取流域水系;最后根据水流流向、汇流累计以及出水口的位置划分子流域,并基于MATLAB程序对子流域及其内部栅格进行编码。结果表明:当集水面积阈值为270 km~2时,提取的大清河流域河网水系与实际较为符合,且对子流域的划分及编码可以实现快速准确定位每一个栅格,方便计算机的识别及演算。因此,以DEM为基础实现大流域尺度下子流域划分是可行的,对子流域的划分及编码可以为开发构建大尺度流域分布式水文模型提供技术支撑。     

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.     

Comparison of two different methods for determining flow direction in catchment hydrological modeling

Digital elevation models (DEMs) are widely used to define the flow direction in distributed hydrological models for simulation of streamflow. In recent decades, numerous methods for flow direction determination have been applied successfully to mountainous regions. Nevertheless, some problems still exist when those methods are used for flat or gently sloped areas. The present study reviews the conventional methods of determining flow direction for such landscapes and analyzes the problems of these methods. Two different methods of determining flow direction are discussed and were applied to the Xitiaoxi Catchment, located in the Taihu Basin in southern China, which has both mountainous and flat terrain. Both the agree method and the shortest path method use drainage networks derived from a remote sensing image to determine the correct location of the stream. The results indicate that the agree method provides a better fit with the DEM for the hilly region than the shortest path method. For the flat region where the flow has been diverted and rerouted by land managers, both methods require observation of the drainage network to determine the flow direction. In order to clarify the applicability of the two methods, both are employed in catchment hydrological models conceptually based on the Xinanjiang model and implemented with PCRaster. The simulation results show that both methods can be successfully applied in hydrological modeling. There are no evident differences in the modeled discharge when using the two methods at different spatial scales.     

数字化水系辅助DEM提取Karst地区水系的应用研究

 近年来,分布式水文模型与 GIS 密切结合已经成为水文预报的研究重点和热点,其中基于 DEM 提取某一流域的水流方向矩阵是其核心之一。然而在中国南方 Karst 地区具有地表和地下二元空间结构,地表有大量的洼地与漏斗和溶洞发育,如果用填洼的常规方法则改变了 Karst 地区真实栅格单元的水流方向,造成大量的平坦地区,而且提取出的水系有大量平行水系与河道的缺失。因此,利用数字化河网修正 DEM 后无需填洼就能提取出接近 Karst 地貌背景下的真实水系,提取出的水系中几乎没有平行水系和河道的缺失 , 而且正确地引导了局部栅格单元的水流流向。用该方法提取的水系对建立 Karst 地区更高精度的分布式水文模型具有很好的应用价值。     

基于空间信息技术的六股河流域河网水系提取

快速有效地获取河网水系特征信息对于流域水文分析具有重要的意义。为此,选取辽宁省六股河流域作为研究对象,以30 m空间分辨率的数字高程模型(DEM)作为基础数据,采用美国ESRI公司开发的地理信息系统软件ArcGIS,对该流域的水流方向、累积汇流栅格、河网水系等基础信息进行了提取研究。将河网提取结果与国家基础信息中心提供的1∶4 000 000河流水系基础资料进行对比,提取结果的干流河网段与实际水系形态特征较为吻合,提取的流域面积与实际流域面积相差1.99%,表明空间信息技术应用于六股河流域水文基础信息提取是可行的,可为流域水文模拟、数字流域建设等研究提供基础数据支持。     

河网提取算法中河道断裂现象原因剖析及算法改进

Burn-in算法和AGREE算法是目前应用广泛的基于实际河网高程强迫修正的河网提取算法.该算法能有效提取出同真实河网高拟合度的模拟河网,但某些情况下,所提取的河网会产生“断裂”现象.河网“断裂”现象的产生在于实际河网栅格高程“高估”和“低估”所引起的局部流向计算错误,其中所有“低估”类以及大部分“高估”类影响都是可以通过填洼等方法加以消除的,即不会产生“断裂”问题.真正产生“断裂”的原因是：存在“高估”类河网栅格且“高估”所带来的影响无法通过填洼等操作加以消除.基于此,对Burn-in算法和AGREE算法进行修正,提出一种消除“高估”类影响的解决方案,从根本上解决河网“断裂”问题,实现程序自动化处理.渭河流域实例应用表明,改进算法可有效解决模拟河网“断裂”问题,且适用于多种基于高程的强迫修正算法.     

淮北平原分布式除涝水文模型及应用

针对目前淮北平原除涝水文计算采用的经验排模公式仅考虑了设计净雨和排水面积两个因素,对于下垫面情况复杂的流域不能很好地反映峰量关系的情况,应用GIS技术根据DEM进行流域划分、水流方向确定等处理,并结合流域水文地质图、土壤分布图等建立GIS图层,进而构建淮北分布式水文模型。结果表明,该模型可用于无资料地区的排涝水文计算,应用历史数据对模型参数进行调试,模拟计算精度可达GB/T 22482-2008《水文情报预报规范》的甲级标准。     

Impacts of Accuracy and Resolution of Conventional and LiDAR Based DEMs on Parameters Used in Hydrologic Modeling

Digital elevation model (DEM) is often used for hydrologic modeling, land use planning, engineering design and environmental protection. Research is required to assess the need of updating existing conventional DEM using higher resolution and more accurate DEMs, including light detection and ranging (LiDAR) DEM. The objective of this study was to evaluate effects of DEM accuracy and resolution on hydrologic parameters and modeling in an agriculture-dominated watershed. DEMs compared included 1 m and 10 m LiDAR based DEMs, and a conventional 10 m DEM obtained with aerial photogrammetry method. Hydrologic parameters assessed included elevation, sub-basin area and boundaries, drainage networks, slope and slope length. DEM derived hydrological parameters were used to estimate soil loss in Black Brook Watershed, New Brunswick using Revised Universal Soil Loss Equation (RUSLE). Results indicated that DEM resolution had substantial influence on the sub-basins boundaries, sub-basin area, and distribution of water flow lines. Field investigation confirmed that most of the water flow lines derived from 1 m LiDAR based DEM were accurate and a number of flow diversion terraces (FDT) failures had been identified with help of LiDAR 1 m DEM. Both conventional and LiDAR based 10 m DEM could not identify the impacts of soil conservation structures such as diversion terraces. The RUSLE predicted soil loss using 1 m LiDAR based DEM was considered to be better because both conventional and LiDAR based 10 m DEMs could not reflect the impact of FDTs on reducing soil loss.     

基于物理过程的分布式流域水沙预报模型

将分布式水文模型与土壤侵蚀产沙模型相互嵌套,构建了一个分布式流域水沙预报模型。模型基于DEM,将流域离散为“坡面+ 沟道”系统,采用“+ 1 ”分级方法将沟道组织为河网,实现了流域水沙预报的并行计算。坡面单元划分为植被层、地表层、非饱和带和地下水层,模拟了降雨、截留、蒸散发、入渗、地表径流、壤中流和地下水、各种形式的侵蚀产沙及泥沙输移;沟道进行汇流演算以及泥沙输移。模型在李子溪流域对长系列降雨的模拟结果表明,模型的水文模块模拟精度良好,侵蚀产沙模块模拟效果基本令人满意。     

A method for extracting drainage networks with heuristic information from digital elevation models

Depression filling and direction assignment over flat areas are critical issues in hydrologic analysis. This paper proposes a method to handle depressions and flat areas in one procedure. Being different from the traditional raster neighbourhoods processing with little heuristic information, the method is designed to compensate for the inadequate searching information of other methods. The proposed method routes flow through depressions and flat areas by searching for the outlet using the heuristic information. Heuristic information can reveal the general trend slope of the DEM (digital elevation models) and help the proposed method find the outlet accurately. The method is implemented in Pascal and experiments are carried out on actual DEM data. It can be seen from the comparison with the four existing methods that the proposed method can get a closer match result with the ground truth network. Moreover, the proposed method can avoid the generation of the unrealistic parallel drainage lines, unreal drainage lines and spurious terrain features.     

基于GIS栅格系统的集水农业地表产流模拟分析

采用GIS的方法，建立了环县数字高程模型(DEM)，研究了本区地表水流方向、集流能力、子集水区的划分及水系网络空间分布等水文特征.以栅格化径流系数法为基础，模拟了该区多年平均产流量的空间分布，以及降雨量分别为10、20、30、40、50和60mm时，环县各自然集水盆地内可产生的径流量.研究结果表明，利用DEM不仅可模拟地表大型水系网络的空间分布，而且可模拟小型水道的空间走向；利用栅格化径流系数法，可快速分析子集水盆地产流量的空间分布.这些研究结果，对半干旱区集水农业工程的规划与决策具有重要的意义。