基于DEM栅格的水文模型在沂河流域的应用

本文结合GIS技术和数字高程模型,运用基于DEM栅格流域信息提取技术,对传统的新安江模型及TOPMODEL进行改进,构建基于栅格的分布式新安江模型、基于栅格的TOPMODEL水文模型。并将模型应用于沂河临沂以上流域。通过流域信息提取、模型参数率定和流域典型洪水模拟,以探讨GIS技术与数字高程技术的应用和水文模型的适应性。应用结果表明,4个水文模型在该流域上的水文过程模拟效果良好,其中,基于栅格的新安江模型与基于栅格的TOPMODEL的模拟效果更好。     

基于DEM的汉中流域水文过程分布式模拟

选择汉江上游的汉中流域为研究对象,在基于栅格DEM流域水文特征的获取和降雨空间插值的基础上,建立了基于TOPMODEL的松散耦合型结构的分布式水文模型.应用该模型对汉中流域的水文过程进行模拟,结果表明:该模型的模拟精度与集总式TOPMODEL和集总式三水源新安江模型基本相当,而且能够得到流域内部产汇流的分布状况等信息,基本上能够满足流域水资源规划与管理的需求.     

基于栅格的新安江模型与GTOPMODEL模型

根据新安江模型和TOPMODEL，建立了基于网格的分布式水文模型Grid-Xin’anjiang和GTOPMODEL。将模型用于黄河支流洛河流域以及钱塘江支流密赛和太湖支流西苕溪流域的洪水模拟计算，并与新安江模型和TOPMODEL的结果进行比较。结果显示，基于网格模型的模拟精度要高于原模型的精度。     

分布式水文模型构建及在黄河区间流域的应用

选择位于黄河支流洛河中游的长水—宜阳区间流域作为研究对象,基于数字高程模型,计算栅格水流方向、集水面积和栅格演算次序,为产汇流计算打下基础。把1个栅格单元作为1个小子流域,基于栅格采用新安江模型进行产流计算,采用Muskingum-Cunge算法进行河道洪水演算。结果表明,基于DEM的分布式水文模型在洪峰误差控制和过程拟合等方面表现较好,洪水模拟具有较高的精度。     

西枝江流域水文预报技术及应用

随着社会经济的发展,城市化带来的防洪问题越来越突出。安墩水流域是西枝江上游受人类活动影响相对较小的流域,选择此流域进行模拟研究TOPMODEL和新安江模型在西枝江流域水文预报的适用性。从TOPMODEL和新安江模型模拟结果可以看出模拟径流的精度较高,而且参数变化范围较小,2个模型在此流域是合适的,为TOPMODEL和新安江模型在整个西枝江流域的模拟奠定基础。     

基于栅格的分布式水文模型应用研究

基于DEM的分布式水文模型是数字化时代水文模型发展的主要方向。笔者在DEM的基础上,GIS软件的支持下,采用基于连续栅格单元演算的分布式水文模型CASC2D,对半干旱地区三关口流域和典型湿润地区呈村流域进行洪水模拟。由于模型采用的是超渗产流模式,适用于半干旱半湿润地区,因此在半干旱地区的三关口流域模拟效果较好;而对于典型湿润地区的呈村流域,产流机制为蓄满产流,模拟的洪峰流量及洪量较实测数据偏小。     

基于子流域的TOPMODEL模拟研究

 TOPMODEL是根据水文相似性——地形指数相同的栅格划分为同一产流单元进行产流计算,但是其不能考虑降雨和地形指数统计分布曲线等流域地形地貌信息的空间不均匀性。通过对流域DEM处理,建立了基于水系子流域的TOPMODEL。该模型考虑了降雨、地形指数分布曲线等空间不均匀性。将基于子流域的TOPMODEL和TOPMODEL应用在九州流域,并进行模拟比较,发现基于子流域的TOPMODEL更能反映流域的实际情况,模拟的结果更加合理。可以预测不同子流域降雨组合下的流域出口的流量过程。     

栅格新安江模型在陕西省大河坝流域中的构建与应用

以陕西省汉江支流大河坝流域为研究区域,通过DEM数据分析、地貌特征参数提取等工作,构建了基于栅格的新安江水文模型,模拟分析了流域的径流过程以及自由水含量空间分布的动态变化情况。为验证构建的栅格新安江模型的可靠性,利用大河坝专用水文站2011—2014年7场次实测洪水资料进行洪水模拟验证,结果表明:洪峰流量的模拟误差基本能够控制在20%以下、峰现时间误差均在3 h以内、不确定系数达到0.78以上,表明本次构建的栅格新安江模型能够较为准确地对洪水过程进行模拟;同时以2013年7月16日和25日2场次洪水过程为例,对模拟的自由水的空间分布动态变化进行了分析,结合自由水含量的物理意义,降雨过程的发展情况以及流域出口的洪水过程精度评定可知构建的栅格新安江模型可以较为准确地模拟出流域中自由水含量空间分布的动态变化。     

基于栅格新安江模型的淮河上游土壤侵蚀预测

将栅格新安江模型与改进通用土壤侵蚀方程进行耦合,建立基于栅格尺度的水沙模拟模型,以淮河上游息县水文站以上为研究区域,基于研究流域DEM数据、土地利用数据、土壤数据以及息县站2000年-2010年水文数据,模拟了淮河上游2000年-2010年输沙过程。并基于构建的水沙模型,结合流域2020年和2030年土地利用远景规划数据设定两种土地利用模式情景,定量分析了不同土地利用模式情景对流域土壤侵蚀的影响。研究结果表明:基于栅格新安江模型的水沙耦合模型在淮河上游具有较好的模拟精度,模拟的输沙量相对误差小于15%,确定性系数0.6以上,满足泥沙模拟精度要求;林地用地面积增加5%,流域土壤侵蚀量减少8.78%,城镇用地面积增加8%,流域土壤侵蚀量减少12.73%。研究成果可为淮河水土保持治理和规划提供参考。     

新安江NAM和TOPMODEL模型在安阳河流域比较应用研究

海河流域作为我国的政治文化中心,流域内人口密度大,水循环过程受到强烈的人为干扰,导致流域的水文水资源特征改变。因此,为了探讨海河流域河流的产流机制,本研究以安阳河流域为例,分别采用新安江模型、NAM模型和TOPMODEL模型进行日径流过程模拟和次洪模拟计算,结果表明在海河流域三个模型模拟效果均良好。三种水文模型模拟的结果为:在日径流模拟方面,NAM模型与新安江和TOPMODEL模型相比,在率定期其确定性系数较其它模型相对较高,在验证期其率定系数也相对较高,且径流深相对误差较小;在次洪模拟方面,NAM模型与新安江和TOPMODEL模型相比,2场洪水的确定性系数有所提高;2场洪水的径流深相对误差都较小;2场洪水的洪峰相对误差较小,峰现时差有了明显的提高。因此,NAM模型在安阳河流域的应用效果最佳。     

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。     

利用GIS和RS技术分析青藏高原风火山小流域地形地貌特征

以30×30m DEM为基础,在GIS技术辅助下,以青藏高原风火山小流域为例,设计了水文响应单元划分的实现方案和算法,并结合不规则网格的有限体积法,进行流域水文模拟方式的探讨。从DEM中提取子流域,利用遥感图像进行土壤覆被类型划分,使得生成的每个水文单元有单一的土壤覆被类型,并根据所得类型图,进行流域积水面积阈值的求取;结合有限体积法不规则网格技术,对流域网格划分进行讨论,确定用于微分方程求解的编码方式。结果表明:结合RS和GIS能较准确地划分流域土地利用类型,求取河网集水面积阈值,划分流域网格单元和存储结点数据,实现了分布式流域建模的空间离散化,用于冻土草地区模型数值模拟具有方便、可行性。     

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。     

中间件技术在多模型洪水预报WEB中的应用

利用中间件技术实现网络环境下的防汛决策应用是目前防汛业务的一个新方向。按照J2EE标准,以中间件技术的应用框架为基础,在MVC软件设计模式的指导下建立了面向Web的洪水预报系统,以期提高软件的可扩展性、可维护性和代码复用率。本文以可拆分子模块的新安江模型和不可拆分子模块的水箱模型为代表,探讨了对于子模块、模型的标准组件及组件库的开发,初步尝试了搭建组件模型及应用方案的过程。最后以一个小流域的实测资料为例,对多模型洪水预报过程以及预报结果对比进行了应用测试。     

基于RS和GIS的淮河流域洪水预报与调度系统

水文学模型与水力学模型耦合进行流域洪水模拟可以更加精细地反映流域洪水的产生和运动过程。用现代计算机信息管理、遥感技术(RS)、信息可视化和地理信息系统(GIS)等技术,实现水文学和水力学模型的耦合。采用了数据—模型—应用三层结构的总体集成结构,通过模型应用过程的模块化处理和数据有效交换,建立了基于RS和GIS的集数据处理、模拟、参数率定和预报调度功能于一体的综合计算平台。     

长江上游大尺度分布式水文模型的构建及应用

针对面积达100万km2的长江上游流域，依据100m网格的数字高程模型DEM，基于流域的地貌特征原理，构建了10km网格的大尺度分布式水文模型。在建模过程中尽量利用相关的地理信息描述长江上游地区下垫面特点及其空间变化，并采用次网格参数化方法处理大网格内水文参数的非均一性。继而完整地模拟了1961～2000年的水文过程，结果表明，模型不仅较好地再现了河道的径流过程，而且能同时获得径流深、蒸散发和土壤含水率等水文要素在流域空间上的分布及其变化。     

Characterization and Evaluation of Elevation Data Uncertainty in Water Resources Modeling with GIS

Grid based digital elevation models (DEM) are commonly used in water resources modeling. The quality of readily available DEM, however, varies from source to source in terms of horizontal resolution and vertical accuracy which are the two important aspects of elevation uncertainty in the modeling with raster GIS. This paper addresses the issue of elevation data uncertainty in GIS supported hydrologic simulations. The essential role of elevation data in the modeling is revealed by presenting DEM processing processes in distributed and semi-distributed hydrologic analyses. It is very difficult to examine the elevation uncertainties analytically due to complexities of the hydrologic models. An ideal approach is to assess the effect of the DEM uncertainty by applying varying resolutions or accuracies of elevation data in the modeling. Different grid sizes of DEM are used in observing DEM resolution dependence and resulting model outputs are compared to obtain a profile of its effect. Impact of DEM vertical accuracy is explored by Monte Carlo simulation with a large number of DEM realizations generated based on different levels of specified error. The approach is implemented in a case study with a topography based hydrologic model on an experimental watershed to analyze both aspects of the uncertainty. The results show that both DEM grid size and vertical accuracy could have profound effect on hydrologic modeling performance. The impact can be compensated by model calibrations due to interactions between model parameters and spatial factors. The study indicates that the DEM uncertainty can be effectively evaluated using the applied method. The work is to provide some insight into the characterization of elevation data quality and the association between topography and water resources models.     

DDRM模型在渠江流域的应用研究

为了进一步探究分布式水文模型(DDRM)的适用性,基于渠江流域的数字高程模型(DEM),提取了研究区域的边界、河网水系,计算了研究区域的地形指数;然后采用基于DEM的DDRM模型进行流域降雨-径流过程模拟,并用确定性系数、洪峰相对误差、峰现时间误差等对DDRM模型的模拟精度进行了评价;同时,对比分析了不同DEM栅格分辨率(1 km和2 km)对模型模拟精度的影响。结果表明:基于上述2种分辨率的DDRM模型在渠江流域降雨-径流模拟中均取得了较好的模拟效果,其中基于1 km栅格的DDRM模拟精度略优于2 km栅格。DDRM模型结构简单,参数较少、物理过程明确,而且能够模拟流域土壤含水量和径流量的空间分布,可为缺资料地区水文模拟提供一种新的方法。     

小流域产水产沙计算中地理信息的提取和分布式功能的实现

以栅格DEM为基础,以地理信息系统为平台,自动提取模型计算所需要的参数,基于COMGIS的ESRI ArcObjects平台,应用VBA进行二次开发,实现了水文模型和产沙模型以及模型与GIS的紧密耦合,最终实现了模型分布式功能.