基于DEM的山丘区小流域河网提取分析研究

数字高程模型(DEM)是提取流域河网水系的重要基础数据,DEM分辨率直接影响河网水系的空间拓扑关系和数字流域水文特征。选取美国俄亥俄州印第安纳河流域为研究对象,基于不同分辨率的DEM提取河网,引入野外勘测河源信息,建立可靠度、灵敏度评价指标,探讨不同DEM分辨率所提取数字河网的适用性。结果表明:(1)与野外勘测河源相比,基于高分辨率DEM提取的河网与实际河网更为接近,但会生成伪支流;(2)研究流域地形破碎化程度高,局部地形坡度大,河网发育主要受上游集水面积控制;(3)DEM分辨率为5 m时,研究流域河网提取结果的可靠度和灵敏度较为理想,过高或过低的分辨率均不适用于该流域的河网提取。     

DEM分辨率对小流域设计洪峰推求误差的影响

推理公式法在小流域设计洪水的计算中被广泛应用,DEM数据分辨率对公式中的流域地形参数取值存在重要影响,甚至会造成设计洪峰流量的计算误差。以深圳石岩流域作为研究区域,分别采用分辨率为30,60,90,120,150 m的DEM数据进行流域地形参数的提取及比较分析,并针对推理公式中的3个流域地形参数进行敏感性分析。研究结果表明:随着DEM分辨率的增大,分析的流域面积有增大趋势,主河道坡降则反之,而干流河长随DEM分辨率呈无规律变化;3个流域地形参数中,流域面积取值误差对设计洪峰计算精度影响最大,其次为干流河长,主河道坡降影响较小。综合考虑参数重要性,以及DEM数据分辨率及集水面积阈值对参数取值的影响,选用90 m分辨率的DEM数据,并设置集水面积阈值为390~500 hm~2来提取石岩流域的地形参数,推理公式计算所得设计洪峰误差是可接受的。研究结果可为类似的小流域设计洪水计算提供一定参考。     

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。     

基于TOPMODEL的DEM空间尺度转换关系探讨

由于地形指数的计算与数字高程模型DEM空间分辨率紧密联系,采用TOPMODEL进行水文过程的模拟通常受到DEM分辨率的影响。本文引入分辨率因子考虑DEM分辨率对单宽上坡集水面积的影响;对坡度应用分形的方法,将计算地形指数的尺度变化方法与TOPMODEL进行耦合,构建不受DEM分辨率影响的TOPMODEL,并将其应用于褒河流域的9场次洪模拟,结果表明,使用27″分辨率的DEM数据作为模型输入,不受DEM分辨率影响的TOPMODEL模拟得到的结果较接近于3″分辨率DEM数据下的结果。该方法能在一定程度上削弱DEM分辨率对TOPMODEL模拟精度的影响,是一种合理可行解决水文过程中尺度问题的有力工具。     

高分辨率数字高程模型的构建方法

高分辨率数字高程模型(DEM)是正确计算坡度坡向、提取流域地形特征、进行水文分析的前提。本文以黄土高原典型丘陵沟壑区小流域为例，基于大比例尺(1∶10?000)数字化地形图和专业化DEM插值软件ANUDEM，探讨了ANUDEM在应用中的几个重要参数的取值，建立了高分辨率DEM，并对拟合DEM的质量进行了评价。研究表明，最佳分辨率为等高线间距的一半，一般为5m或2.5m，第二糙度系数为0.8，计算迭代次数为20～30次。ANUDEM建立的DEM表面光滑，回放等高线与原等高线符合度高，能真实地表现地形起伏，由其提取的水系与流域沟谷完全吻合且连续完整，适宜水文分析，是一种建立高质量DEM的优良方法。     

基于不同分辨率DEM提取坡度值的转换关系研究

基于DEM提取计算单元坡度是分布式水文模型构建的重要手段之一,通过研究不同分辨率DEM对WEP-L模型计算单元坡度的影响及其转换关系,为模型计算中坡度与其他运算量之间非线性关系带来的计算精度与计算效率之间的矛盾提供解决方案。以NASA发布的30 m分辨率DEM数据为基础,以不同尺度流域(南小河沟流域,面积36.3 km~2;泾河流域,面积4.5万km~2)为研究对象,利用分形结合半方差函数的方法分析低分辨率DEM提取的计算单元坡度向高分辨率DEM提取的坡度信息转换的规律。研究发现以30 m分辨率DEM为基础提取的子流域套等高带结构能够很好地反映南小河沟流域地形"坡度等高分布"的特点;利用分形结合半方差函数的形式能够有效地实现基于低分辨率DEM提取的流域基本计算单元坡度向"真实"地形坡度值转换。根据模型计算需求,给出了不同分辨率DEM数据提取坡度值的转换关系。本研究可为分布式水文模型搭建面临的计算精度与计算效率矛盾问题提供借鉴和参考。     

泾河流域DEM流域信息提取

数字高程模型(DEM)代替等高线地形图实现了区域地形表面的数字化表达,其应用十分广泛。水文分析是地学分析的一个重要部分,近年来DEM在水文分析中的应用已经成为研究的热点。本文的研究选区位于泾河流域,采用中国北方1:25万地形图数据为基础生成DEM数据,进行流域信息的提取,得出结论:可以根据汇流累积单元数的阈值来生成不同密度的河网,在利用DEM进行流域信息提取时,要根据研究区情况和研究的目的,选择合适的方式生成DEM数据,以求试验结果达到最佳,更好地为不同单位部门的水资源调度决策研究提供支持。     

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.     

DEM分辨率对葫芦河流域径流模拟的影响

选取北洛河支流葫芦河张村驿水文站以上控制区域为研究区域,基于ASTER GDEM V2 30 m DEM数据与张村驿水文站1980—1990年实测流量数据,建立流域月尺度的SWAT水文模型,并评价了模型在该流域的适用性,分析了DEM分辨率对流域水文地形特征提取与径流模拟的影响。结果表明:建立的SWAT模型可以用于研究区域的径流模拟;DEM分辨率对坡度、面积、子流域划分影响较大,对高程提取影响较小;不同分辨率的DEM数据对径流的模拟结果不同,其中120~150 m分辨率模型模拟结果较优,DEM分辨率为150~1 000 m时,模拟结果可满足精度要求但存在一定偏差;各模型均存在低估流量值的现象。     

基于DEM的流域流水网对比分析

在广东西江中下游区间流域和长江三峡区间流域上 ,运用ARC/INFO和RiverTools ,由数字高程模型 (DEM )分别导出了不同空间比例尺下的流域流水网 .对比分析结果表明 :地形起伏大的流域上流水网的可靠性高 ;不同方法推导出的流水网存在一定的差异 ,尤其在地形起伏较小的流域上 ;由流水网计算的流域平均汇流路径长度和坡度等地形特征值随DEM网格的大小而变 ,故只能作为描述地形的相对指标 .上述指标可应用于流域水文模拟中 ,但应用时需考虑地形的起伏程度和DEM网格的大小 .     

不同分辨率 DEM 提取三峡库区地形参数的精度研究

数字高程模型（ Digital Elevation Model , DEM ）能表达地形形态的起伏变化,从中提取的地形参数,可为径流预报提供一定的基础数据。但 DEM 数据是按照一定的分辨率对地表进行近似描述的,多种分辨率 DEM 数据的存在导致了尺度问题的产生。通过提取三峡库区内虾子岭小流域不同分辨率 DEM 的地形参数,分析了不同分辨率 DEM 对坡度和汇流网络精度的影响。研究结果表明：DEM 分辨率对坡度和汇流网络有较大影响,坡度和汇流网络的准确性和 DEM 的空间分辨率密切相关;1m DEM 能够准确反映当地的地形,从中提取的坡度与汇流网络接近于实际值,从 5m DEM 提取的坡度和汇流网络也能较为准确地反映实际值,而10m DEM 、25m DEM和 50m DEM 则不能准确地反映坡度和汇流网络。因此,在进行较为精确的径流预报时,建议采用至少 5m DEM 。在进行粗略估计或较大尺度的径流预报时,可采用 10m DEM 、 25m DEM 和 50m DEM 。     

ARCGIS环境下基于DEM的流域特征提取

研究选取位于陕西省延安城南12 km处的万花乡向阳沟小流域。采用1∶10000大比例尺的比例尺5 m分辨率的DEM作为基本的地形数据,应用ESR I公司开发的ARCG IS地理信息系统软件进行流域特征的提取。经分析得到了研究区域河网特征以及研究区其它常用的流域特征信息,与实际河流水系特征基本吻合,认为应用DEM划分的流域结果是合理的。     

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。     

基于Sentinel-1 双极化的鄱阳湖地形提取方法

数字高程模型可以提供丰富的地形信息,是研究生态环境、地质地貌、地表形变监测等问题的重要基础资料。本文以SRTM DEM作为参考DEM,利用四景Sentinel-1双极化雷达影像对鄱阳湖的数字高程模型进行了反演,更新重建了该区域的地形结果,从可视化和精度两个方面,根据山体阴影图、等高线图、相干系数图和数学拟合模型等对比分析了VV极化和VH极化这两种极化方式反演DEM结果。结果表明：利用雷达影像提取鄱阳湖地形是行之有效的,数字高程模型的分辨率为13.90m,与参考DEM相比,提高了53.67%;根据线性数学模型和二次数学模型对VV极化方式和VH极化方式反演结果进行拟合分析,决定系数分别为0.93和0.94,说明这两种极化方式反演出的DEM结果相似性很高,均可以准确反演出研究区域的地形结果,反演出的湖底地形可为水利部门展开河湖管理提供数据支撑。     

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。     

我国水系提取阈值影响因素分析

阈值确定是数字高程模型（DEM）提取水系的重要环节,影响数字流域水系的拓扑关系和几何特征,进而影响流域的坡面和河道汇流过程。选取我国50个子流域作为样本,基于DEM提取河网,确定最佳集水面积阈值,并分析主要空间影响因素;采用相关分析和多元线性回归分析等方法,分析流域降水、地形和地表覆被与河网阈值的关系。结果表明,流域雨量越充沛,地形越陡峭,植被越茂密,集水面积阈值就越小,并得出阈值与降水、坡度和地表覆被的定量关系。该方法应用于其他流域,效果较好。     

基于DEM的鄱阳湖水下地形分析

利用数字化的鄱阳湖1∶10 000比例尺水下地形高程数据,生成5 m水平分辨率的鄱阳湖水下数字高程模型(DEM)。在此基础上,应用地理信息系统空间分析方法,提取了水下地形断面,生成了坡度、地形起伏度和地表粗糙度等地形指标数据,计算了不同水位下的曲面积和库容,分析了鄱阳湖水下地形特征。分析结果可为鄱阳湖区水利工程规划和设计、水患灾害防治提供依据。     

DEM和土地利用分辨率对SWAT水沙模拟效果的影响——以泾河流域为例

DEM和土地利用的数据精度影响水文模型的模拟效果。以泾河流域为对象,选取毛家河、杨家坪和张家山3个水文站作为控制站,分别利用9组不同分辨率的DEM和土地利用数据(分辨率范围均为30～3 000 m)构建了100个SWAT模型,探究输入数据精度对水沙模拟效果的影响,并采用TOPSIS理论方法对模型进行综合评价。研究表明：DEM分辨率会影响流域的边界和河网提取,且流域特征信息会随分辨率的降低而发生丢失;当DEM分辨率低于1 000 m时,需使用SWAT中的Burn in工具,才能完成流域边界与河网的准确提取;HRU的数量随DEM分辨率的下降而减少,而土地利用分辨率对HRU数量的影响不显著;当分辨率变化较大时,DEM对参数敏感性造成的影响要大于土地利用;在构建的毛家河、杨家坪和张家山3个站点的模型中,DEM和土地利用分辨率的最优组合分别为750和300 m、30和90 m以及150和3 000 m。该研究可为流域水沙模型构建与模拟精度提升提供方法与技术参考。     

基于HYDRO1K的数字水文分析方法及实例

提出了采用 USGS HYDRO1K数字地形高程模型计算流域数字地形的方法,并运用 Avenue 脚本语言开发了计算流域数字地形参数的ArcView扩展软件.该软件可根据从 USGS 网址免费下载的DEM计算河流线及子流域边界、流向、累积流、坡度和流长. 按照提出的方法,应用所开发的软件,制作了长江支流清江流域的数字地形,得到了预期的结果.     

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。