基于DEM的岷江上游数字流域的离散化

流域地形与土地覆被类型离散化是构建分布式水文模型的关键问题之一，文中通过地形坡向分析技术在栅格DEM基础上生成数字化的流域水系和流域边界，按照流域地形特征将整个流域从空间上划分成多个自然子流域；在每个子流域内部，通过土地利用和土壤分布数字地图的叠加，生成体现单一土地利用类型和土壤类型组合的水文响应单元，并将研究区岷江上游流域离散为31个子流域，136个水文响应单元(HRU)，实现了数字流域的空间离散化，为构建分布式水文模型奠定了基础。研究表明：河道面积阈值的大小决定了离散子流域数目，也决定着水文响应单元的数量，具体流域的阈值需要进行比较分析来确定。     

基于栅格式SCS模型的分布式水文模型研究

利用基于栅格分布的土地利用类型和土壤类型,通过将SCS模型改进为栅格式的SCS模型,并结合栅格式Clark单位线汇流方法,构建了一个具有松散耦合型分布式水文模型.该模型结构简单,模型参数较少,所需流域特性资料容易获取,对流域具有较强的适应性,并可以获得流域栅格分布式的产流结果.本研究将该模型应用到欧阳海流域上,构建洪水预报模型进行场次洪水过程模拟,并与新安江模型模拟结果进行对比.模拟结果表明,所构建的松散结构分布式水文模型具有较高的模拟精度,能够应用到实际的洪水预报中.     

三湖流域土地利用类型稳定性指数空间变异分析

选取滇池流域、洱海流域、泸沽湖流域作为研究区,利用 TM影像解译出三个流域土地利用类型数据,应用分形理论,在 SPSS软件中根据三个流域各种土地利用类型斑块的面积、周长对数做回归模拟计算,得到各种土地利用类型的回归模型方程式及相关系数等参数,并计算各种土地利用类型的分维数与稳定性指数,揭示了三湖流域土地利用类型稳定性指数空间变异规律.通过对各种研究数据的分析表明:①三个流域土地利用类型分布具有明显的分形结构.②各流域间相同的土地利用类型稳定性既具有相同的特征,又呈现不同的发展规律.③流域的土地利用类型的分维值及稳定性与当地的自然地理状况、经济发展水平、产业结构等具有高度的自相关性.④土地利用类型的分维值与稳定性受人类规划改造的影响巨大,人类利用改造的越多的地方,其分维值越小,反之越大     

飞来峡流域基于栅格DEM的分布式水文模拟

基于栅格DEM的分布式水文模型能利用DEM提供的流域地形,包括流域边界、坡度、坡向、河网等特征信息,充分考虑下垫面条件的不均匀性及空间尺度相耦合性.以集水面积34097km2的飞来峡水库流域为例,利用SRTM90m精度的DEM资料提取流域特征信息和划分水系和子流域,采用基于栅格DEM的分布式水文模型来计算每个栅格的产汇流,河道汇流采用马斯京根法,参数率定采用SCE-UA优化算法.结果表明:一个结构简单、物理过程明确、参数较少的栅格DEM分布式模型可以被用于大中型流域的水文模拟,以更好地利用流域地形特征信息和描述流域水文过程.     

基于地形梯度的典型小流域景观类型分布特征分析——以高建堡流域为例

地形在一定程度上对土地利用方向和方式的变化以及土地利用空间格局的形成有着重要影响.以彭阳县高建堡流域为例,按生态恢复措施将流域划分成14种景观类型,利用GIS空间分析功能,借助DEM提取高程和坡度,分析高建堡流域2013年景观类型在不同高程带、坡度带的结构特征及在地形位梯度带上的分布特征,以期为该地区生态恢复及水土保持措施优化提供决策依据.结果表明:景观类型在1 722~1 822 m高程带分布最多;坡向以斜、陡坡居多,急、缓坡次之;荒山自然修复、混交林、沟谷景观分布的优势区间集中于低地形位区间,经果林、水平梯田、建设用地、乔木林及生物围栏等景观分布的优势区间集中于中地形位区间,退耕还林(草)及鱼鳞坑等分布的优势区间集中于中高地形位区间.     

基于GIS的LLCHEN-A分布式水文模型与水资源预测

构建了一种以地理信息系统技术为支撑,充分利用DEM高程数据、土壤类型数字化、土地利用遥感数据等数字化信息以及考虑流域水资源利用情况的数字流域分布式水文模型(命名为LLCHEN-A模型).该模型产汇流原理采用了通用的水量平衡原理和蓄泄关系,模型代码全部是自编源代码,模型集成上除了融雪产汇流模块外,还有暴雨径流产汇流模块和水资源利用模块,使得模型具有适应性,能广泛适用于融雪地区、暴雨径流地区及河口地区的洪水预报和水资源预测,同时水循环模拟对象也从汛期洪水径流扩大到全年的水资源模拟.多个水文变量过程计算结果分析表明:该模型结构合理,计算的各环节水文过程符合实际水文规律.将模型应用于暴雨径流为主的杭州瓶窑以上东苕溪流域,应用实例表明该模型在水资源模拟与预测中能取得较好的效果.     

毛乌素沙地中部不同类型沙丘土壤水分分布特征

通过对位于毛乌素沙地中部的乌审旗地区进行实地考察采样和室内试验测试分析, 研究了裸露流动沙丘、灌木覆盖沙丘及乔木覆盖沙丘在迎风坡、背风坡和丘间洼地3种微地貌类型下0~4 m深度内土壤水分的变化及分布特征。结果表明:灌木覆盖沙丘和乔木覆盖沙丘微地貌平均土壤含水量从大到小依次为丘间洼地、迎风坡、背风坡;裸露流动沙丘丘间洼地平均土壤含水量较高,但迎风坡和背风坡平均土壤含水量变化无明显规律;不同类型沙丘在各微地貌采样点不同层段土壤含水量变化差异明显,变化趋势不统一;同一沙丘微地貌条件下,植被对土壤含水量在垂向上的变化有较大影响,且灌木植被的影响大于乔木植被;迎风坡和背风坡土壤含水量表现为有植被覆盖的沙丘普遍大于裸露流动沙丘,而丘间洼地处浅层基岩的存在对土壤含水量的影响更大;有植被覆盖的沙丘土壤含水量与土壤黏粒和粉砂等细粒级组分呈明显的正相关关系,沙丘地表植被通过拦截空气中的粉尘提高了土壤黏土和粉砂体积分数,从而提高了土壤含水量。     

时变增益水文模型的改进及实时预报应用研究

考虑到流域降雨时、空变化和流域地形、河道特征对流域产汇流的非线性影响，通过改进时变增益水文模型（TVGM），建立了流域非线性产流、汇流模型以及流域洪水实时预报校正方法，将研制的模型以及流域洪水实时预报校正方法，将研制的模型应用于洋河水库流域洪水预报，取得较为满意的效果。     

基于RS与GIS的北京市热岛研究

基于普适性单通道算法,利用2005年5月6日的TM数据反演北京市区的实际地表温度。在此基础上, 分析了北京市区的热环境特征、热岛分布的位置。运用GIS空间分析工具,分析了地表温度与地形特征和地表 覆盖类型之间的关系。结果表明,北京市热岛分布具有环状和带状分布特征,高程较低处和坡度较小处更容易 形成热岛中心,不同地表覆盖类型的热特征具有显著的差异。     

基于空间插值的洪水淹没空间分布快速获取

结合空间数据和水文站点监测数据,以Kriging方法为理论基础,研究了一种洪水空间分布实时监测方法.运用空间统计学中的Kriging插值方法将一维水力学模型计算的断面数据内插成水面高程数据,对水面高程数据和研究区域地形数据进行分析,获得洪水淹没信息的空间分布.该方法可以弥补一维模型在空间分布分析上的弱势,并提高分析速度.本研究选取长江上游特定河段为实验区,验证和分析该研究方法的有效性.实验结果表明该方法能够有效实时监测洪水淹没信息的空间分布,其直观的淹没范围显示可快速为决策者提供预警信息,具有较好的应用价值.     

融雪型洪水量级的流域积温分布模型研究及应用

鉴于对高寒山区融雪洪水预警精度的迫切需求,利用能量守恒原理和水量平衡原理,选取经典分布式水文模型反序架构,构建了基于融雪型洪水量级下的积温阈值及流域积温分布模型。首先利用流域集总算法计算流域面的平均积温,然后基于气温直减率进行分配,最终确定积温分布,该模型在本质上属于热传导方程的逆问题。在模型驱动数据方面,采用NCAR再分析资料用于模拟输出流域的总体平均温度,同时利用高光谱遥感数据计算出流域平均雪深,结合对新疆地区天山北坡中段军塘湖流域长期的雪特性观测、SWAT及DHSVM径流模拟试验中径流和下渗的相关性试验数据,获得了诱发得到的4次融雪型洪水过程流域的积温分布特征。最后,根据气温直减率,确定军塘湖流域面上的积温分布特征。在对研究区4场融雪型洪水进行模拟验证后发现,该模型的输出结果较为精确(纳什效率系数NSE为0.815)。然而由于模型的水文过程(下渗、蒸发等)仍存在一定的不确定性因素,因而模型结果与实际观测结果依旧存在一定差异(算术平均误差为10.65%)。研究认为,该积温模型的研制对于空间气象站点缺少区的高纬度融雪型洪水多发区的预警、预报具有较大的理论价值及应用价值。     

土壤属性空间预测的广义回归神经网络方法研究

土壤属性的空间变异性是农业和环保决策的重要依据,研究如何利用有限的样本数据来获得更为详尽的土壤属性空间分布信息对于科学决策具有重要意义。提出了一种基于广义回归神经网络模型(GRNN)的土壤属性空间预测方法,并将其与Kriging方法进行了比较。结果表明,GRNN方法能较好地刻画土壤属性的空间分布特征,其计算方法简单,预测精度较高;在给定的样本数据条件下,GRNN方法的预测精度总体上要优于Kriging方法,表明GRNN方法在土壤属性空间预测中的应用是有效可行的。     

气象卫星监测土壤含水量模型及其应用

估测大面积近地表土壤含水量对指导灌溉、防洪排涝、旱情预报等具有很大价值。本文首先从理论上分析了地表土壤日温差、热惯量和土壤含水量三者的关系,探讨了由地表土壤日温差推求热惯量、再由热惯量推求土壤含水量的方法,建立了由气象卫星监测土壤含水量模型,通过实测资料验证,表明该模型具有较高精度。其次,将所建立的模型应用于实际土壤含水量的监测,做出了土壤含水量分布图。     

水文信息收集自动化工程综合规划方案研究——以张家口区域内友谊水库水文站为例

针对以张家口区域内友谊水库水文站为例,开展水文信息收集的自动化综合规划方案进行了研究,提出了一种实际有效的能够自动获取蒸发量、降雨量和水域流量的综合规划方案,实践证明该方案有效、可行,具有一定的合理性和稳定性,值得在水文条件相近的水文监测站推广.     

考虑蓄满产流机制的流域分布式产汇流模型

洪水预报通常基于降雨径流模拟进行。以山坡水文学理论的蓄满产流机制为出发点,展开了对山区流域降雨径流模拟的研究,以此建立分布式三水源产汇流模型。首先,对研究流域进行离散化,以数字高程数据为基础提取流域的地形数字特征,使离散化坡面单元的数据同时完成自动匹配,实现参数的空间离散化,为模型的应用提供参数支撑。其次,采用水流连续方程和达西公式计算单元坡面内的产流量;以圣维南方程组简化的运动波方程为控制方程,推导出坡面流近似的偏微分方程,利用特征线法对每一单元坡面进行汇流计算。所建分布式水文模型可模拟从非饱和壤中流漫溢到坡面单元上形成饱和坡面流的暴雨径流过程。同时借由马斯京根-康吉法衔接了坡面离散单元水文子过程与主河道的汇合。最后选取美国古德温河流域典型的降雨过程进行次洪过程模拟,采用确定性系数、相关系数来评定模拟精度,结果表明其模拟精度达到了径流过程模拟和作业预报的精度要求。总体来说,所建分布式产汇流模型不但适用于单一坡面的径流分析,且能够应用于一般流域以进行降雨径流过程的模拟,在一定程度上可为防洪调度提供参考依据。     

气象卫星监测土壤含水量模型及其应用

估测大面积近地表土壤含水量对指导灌溉，防洪排涝。旱情预报等具有大价值。本文首先从理论上分析了地表土壤日温差，热惯量和土壤含水量三者的关系，探讨了由地表土壤日温差推求热惯量，再由热惯量推求土壤含水量的方法，建立了由气象卫监测土壤含水量的模型，通过实测资料验证，表明该模型具有较高精度，其次，将所建立的模型应用于实际土壤含水量的监测，做出了土壤含水量分布图。     

东湖面源污染负荷的数学模型

基于东湖流域地表形态、功能与覆盖特征、降雨径流与面源污染物分布的时空规律，遴选建立流域的降雨径流量、土壤输出量与面源污染负荷的数学模型，实测确定各径流区不同地表的模型参数，编制程序分析计算其径流模数、土壤输出与ＴＮ，ＴＰ负荷，为东湖面源污染治理工程提供了科学依据，其技术成果可供同类型浅水湖泊面源污染治理工程借鉴。     

概念性水文模型参数多目标率定及参数组合预报

针对概念性水文模型参数优化率定问题,考虑流域水文系统不同产汇流特性,提出一种多目标文化自适应仿电磁学算法（multi-objective cultural self-adaptive electromagnetism-like mechanism, MOCSEM）,并基于MOCSEM的优化结果,提出了一种简便的自识别参数组合预报方法。该算法采用仿电磁学算法实现可行解集的进化,并置于文化进化的框架中,根据水文模型参数优化率定问题的特点构建了信息空间,并引入了基于个体聚集密度的信息空间更新方法,保证了非劣方案的多样性;同时,加入一种自适应的扰动因子对算法的局部随机搜索操作进行修正,改善了算法的全局寻优能力。在此基础上,将MOCSEM算法应用于概念性水文模型——新安江模型的参数多目标优化率定,与MOSCDE算法进行对比分析,应用本文提出的自识别参数组合预报方法,尝试找到一种能权衡流域水文系统不同水文特性的自识别参数组合方式,可以为水文预报人员提供更为精确的流域径流预报方法。     

澜沧江流域山区土地覆盖遥感监测中PCA特征变换处理

通过选取澜沧江流域山区具体典型性的试验样区,基于计算机支持下的专用遥感图像处理系统工作平台,就澜沧江流域山区土地覆盖遥感监测中PCA特征变换处理展开研究,为有效地对澜沧江流域山区土地覆盖遥感监测组织实施分类处理做技术准备。初步结果为：①在以山地为主体的澜沧江流域土地覆盖遥感监测中,通过PCA特征变换处理,对原始波段数据具有较好的数据压缩效果与综合表达作用;②通过对PCA中主万分的特征向量分析,以及对原始各波段的负荷因子分析可知,PCA变换处理在澜沧江流域土地覆盖遥感监测分类实施中,对波段选取具有一定的指导作用。③由于PCA变换是一线性变换处理,对山地特有的山岭本阴影、立体掩映等影响并无改善,甚至反而因为对多波段数据的综合表达而使得这睦因素表现更为突出。     

三层耦合流域水文模型──(Ⅰ)模型结构和数学方程

提出和建立了一个新的三层耦合流域水文模型,简称为耦合模型,它以土壤层的含水量作为描述流域系统在降雨、径流转换过程中物理特征的状态变量,用三个耦合的线性常微分方程来描述整个流域系统将降雨转化为径流的反应机制．该模型具有概念清楚,结构简单,假设合理,模拟精度较高等优点．