基于DEM的渭河大流域特征分块提取方法

受流域面积、DEM数据尺度、数据量和计算机性能的影响,无法直接整块提取大流域特征。对此,以渭河流域为研究区,基于DEM数据,依据坡面流模拟方法,使用ArcGIS软件中的水文分析工具,分块提取流域特征,再对提取的信息进行合并,衔接断裂河流和破碎的集水区,并通过拓扑处理,生成完整的流域数据。对比发现,提取的河网与实际河网较吻合,提取的流域面积精度较高,从而验证了该提取方法的可行性。     

基于DEM的湟水流域河网阈值分析

基于ArcMap10.2,提取了湟水流域在不同集水面积阈值下的河网,采用河网密度法和水系分维法分别确定阈值,提取河网与实际河网作叠加分析,对比得出最佳阈值,判断流域地貌侵蚀发育所处的阶段。结果表明,阈值越大,河网越稀疏;集水面积阈值与河网密度之间存在幂函数关系,采用河网密度二阶导数法、水系分维法计算出的阈值分别为13 000、14 000,河网密度法提取出的河网与实际吻合度更高,两种方法对比验证提高了流域阈值选定的准确度,最后得到湟水流域最佳集水面积阈值为13 000;盒维数计算结果为1.065 5,说明流域地貌正处于侵蚀发育的初始阶段。     

基于DEM的流域地形地貌信息提取

为得到分布式水文模型所需要的参数,开发了程序进行流域信息提取,对得到的水系按水链进行编号,进而得到以水链为基础的子流域坡面.对水链坡降和长度、栅格坡度、子流域坡面坡度、流域地形指数等信息进行提取分析,为基于坡面的分布式水文模型的构建奠定了基础,具有理论意义及实用价值.     

基于DEM的城市数字河网提取

针对人工河道开挖或DEM分辨率不足造成基于DEM提取的城市河网常与实际水系不符的问题,借助ArcGIS的缓冲区功能,改进了利用数字化河流湖泊网修正DEM的方法,以实际水系修正网格流向来提高水系特征提取精度,并根据排水管网规划布置即雨水实际汇流路径来提高子流域划分精度.在小清河流域济南段的实际应用表明,该方法可得到连续且与实际误差较小的河网,能满足水文模型模拟的需要.     

沱江流域汛期极端降水事件时空演变特征

为分析沱江流域汛期极端降水事件的时空演变特征,基于沱江流域内20个气象站点1960～2016年汛期逐日降水数据,建立汛期总降水量PTOT、极强降水量R99p、强降水量R95p、暴雨日数R50、大雨日数R20、连续5d最大降水量RX5d、1d最大降水量RX1d这7项极端降水序列,并对极端降水序列做趋势分析、突变点检验、周期分析和空间分布分析。结果表明,沱江流域近57年来极端降水事件呈衰减趋势,但极端降水量的减少趋势明显,极端降水日数减少趋势不明显。极端降水指数PTOT、R99p、R95p、R50、R20、RX5d、RX1d在1960～1963年呈增加波动变化,1964～2016年表现为减少波动变化,突变点集中在1960、2010年代。PTOT、R95p、R99p、RX5d、RX1d的第一主周期为20年,年代际震荡稳定;R50、R20年际震荡更稳定。沱江流域极端降水指数中心57年来主要在简阳、资阳、仁寿三个站点间呈条带状分布。总之,沱江流域汛期极端降水集中分布于流域中上游,时间上呈衰减变化。研究成果可为提高流域对洪水、泥石流等自然灾害的预警能力,为防洪减灾等相关工作提供依据。     

基于小波和分形提取磨粒图像特征参数的研究

根据小波变换和分形理论在多尺度分析与自相似本质上的一致性,提出了一种提取磨粒图像特征参数的新方法。给出了磨粒图像的小波变换方法和小波变换近似系数的分形维数计算方法,然后对磨粒图像进行了分析,实现了磨粒图像的特征提取。结果表明：小波变换近似系数的分形维数反映了磨粒图像上磨粒尺度及数量,可以作为磨粒图像的综合特征参数。     

基于高精度DEM的Indian Creek流域河网水系提取方法对比

确定河源位置是基于数字高程模型(DEM)提取水系的关键环节,对数字流域水系的空间拓扑关系和几何特征具有重要影响。选取具有实际勘测河源位置资料的山丘区小流域即美国俄亥俄州东南部的Indian Creek流域,基于高精度DEM(1m)提取河网,系统分析集水面积阈值法、坡度—集水面积阈值法、曲率—坡向变率法和等高线聚类法这4种方法的优劣;利用实际勘测河源位置信息,构建灵敏度、可靠度等评价指标体系。结果表明,集水面积、坡度—集水面积阈值法简单、高效,需人为确定阈值,利用不同阈值提取河网差异十分显著;曲率—坡向变率法、等高线聚类法可避免阈值确定的不确定性,且可靠性及灵敏度均较高。与实际勘测河源位置相比较,等高线聚类法吻合度最高,集水面积阈值法最低。研究成果可为流域水文分析提供参考。     

秦岭山脉典型流域水系分形特征及空间分异性

将分形理论引入流域地貌形态的定量研究,利用盒维数法计算了秦岭地区22个典型流域水系分维值,分析其与流域形态和水文特征的相关性及空间分异性。结果表明,秦岭地区各流域水系在其无标度区间内呈现良好的分形特征,分维值处于1.033 5～1.079 5之间,相关系数达0.979 5以上;各流域水系分维值与流域形状系数呈正相关关系,与年径流深呈负相关关系,与河流比降呈较复杂多项式关系;秦岭山脉南北两侧水系分维值存在一定自组织相关性,尤以秦岭中部及西部地区较为显著,东部地区差异相对较大。     

大流域DEM的地形结构线的提取方法研究

针对大流域DEM数据的存储,地形结构线的快速提取已成为数字流域中重要的问题,探索了一种分块存储、分块读取大流域DEM数据的方法,同时重点研究解决了大流域DEM数据的存储方法、单个子DEM数据的快速地形线的提取及大流域DEM地形数据的合成问题.在此基础上提出了处理孤立点的问题.实现了大流域DEM数据的地形结构线的快速提取.     

基于分形理论预测砂岩储层岩性

根据分形几何学基本理论,探讨岩石孔隙及测井曲线分形维数的确定方法。求取岩石孔隙分形维数有3种方法:分子吸附法、扫描电镜法、压汞法。分子吸附法和扫描电镜法求取岩石孔隙分形维数,所需实验设备昂贵,且过程复杂。利用岩心压汞毛管压力资料,通过线性拟合lgs与lgpc的关系,可计算出岩石孔隙分形维数D。测井曲线反映了地层岩石物理性质。从测井曲线外形上看,对应同一地层的不同测井曲线之间,以及同一条测井曲线的不同部分,分别具有相似的特性。测井响应的这种相似性,可以利用分形理论进行定量描述。目前普遍采用关联维数计算法和测井曲线分形校正法,计算测井曲线的分形维数。实际应用中,根据某油田2口取心井近50块岩样的统计分析,利用岩心压汞资料得到lgs-lgpc散点图,由于分形现象只存在于无标度区范围内,因此一般选取双对数坐标系上线性范围最宽的一段为无标度区,然后再对该段内所有的点进行拟合,并做相关系数检验,从而得到砂砾岩、不等粒砂岩、细砂岩、粉砂岩4种岩性的lgs-lgpc散点图(无标度区)。计算结果表明,应用测井曲线关联维数法预测砂岩储层岩性,其精确度达到92%以上。     

基于数字高程模型的流域地貌特征提取及其规律研究

流域的地形地貌特征对流域水文响应具有重要影响,是水文学研究中必须考虑的因素。基于数字高程模型,对皖南山区内36个流域进行了数字化,提取了流域地貌特征信息,并对其规律进行了分析。结果表明,皖南山区流域的面积坡度、河道平均坡度与流域面积成反比关系,主河道长与流域面积成正比关系,且均可建立较好的幂函数关系,由此建立了流域面积坡度与河网蓄水消退系数的定量关系。同时,生成了流域地形指数分布曲线与地貌瞬时单位线,为皖南山区无资料流域的水文模型研究奠定了基础。     

松花江流域泥沙颗粒分形性研究

研究流域泥沙有利于分析泥沙来源、泥沙运动及河床演变等,采取有针对性的治理措施对控制泥沙非常有利。为此,根据分形理论,通过MS2000激光粒度分析仪分析了松花江流域晨明、古城子、哈尔滨、佳木斯、南岔、铁力、延寿七个水文站泥沙粒度分布的分形性。结果表明,松花江流域7个测站泥沙粒度的分维值在2.201~2.391之间,所对应的相关系数均在0.858以上,基本保持了良好的统计自相似性,分维值与泥沙颗粒组成、传统粒度参数的相关关系基本符合经验数据。     

基于分形理论的内燃机噪声信号分析

提出了基于分形的内燃机噪声信号的内燃机故障诊断方法。根据分形理论的G-P算法,阐述了内燃机噪声信号分形关联维数的计算方法,并对维数计算过程中参数的选取进行了详细的论述。通过对实际测量的内燃机噪声信号的关联维数计算分析,证明了内燃机噪声信号的分形特性。计算结果表明:内燃机噪声信号关联维数随内燃机工作状况改变有明显的变化,可作为内燃机工作状态监测和故障诊断的一个特征量。     

基于分形理论的改良膨胀土龟裂发展规律探究

为探究改良膨胀土龟裂发展规律,通过石灰改良膨胀土的室内龟裂试验,基于分形理论,采用Matlab编程技术对膨胀土干缩裂隙图像进行数字化,并对裂隙表面结构特征进行定量统计与分析。结果表明,膨胀土的龟裂发展规律主要由基质吸力引起的应力场控制;不同石灰掺量的改良膨胀土在脱湿过程中裂隙率均先迅速增大,在塑限含水率附近达到峰值之后开始缓慢减小,最终在缩限含水率附近趋于稳定;经过石灰改良后的膨胀土裂隙率峰值出现较早,随着石灰掺量的增加峰值对应的含水率逐步减小,同时裂隙率峰值和残余值有明显的减小,当石灰掺量超过6%时改良效果不再随石灰掺量的增多而增强;可利用膨胀土裂隙率与表面的分形维数的关系估算膨胀土的裂隙率。     

基于投影覆盖法的小流域模型地貌分形特征

针对流域地貌所具有的明显各向异性和三维立体特征,将投影覆盖法引入其三维表面分形特征的直接量化,结合投影覆盖法计算三维表面分形维数基本原理和GIS技术,提出了基于投影覆盖法的计算流域地貌三维表面分形维数的GIS实现过程,并对9次摄影测量所得小流域模型地貌三维表面分形维数进行了计算。结果表明,投影覆盖法可实现流域地貌三维表面分形特征的直接量化,计算出的地貌三维表面分形维数准确反映了模拟降雨驱动下小流域模型地貌总体特征的动态变化过程;与计盒维数法相比,投影覆盖法更有利于揭示小流域模型不同发育阶段地貌特征的差异性,对于流域水土流失预报模型中地貌因子量化参数的选择具有重要意义。