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。     

集水面积阈值确定方法的比较研究

针对坡面径流模拟算法引入集水面积阈值划分流域内的河网与坡地直接影响了生成的数字河网精度,探讨并比较了多种推求流域集水面积阈值的方法。结果表明,各种方法可互补;采用集水面积与河道平均坡降关系和采用集水面积与河网密度曲线具有较好的一致性;流域面积越大,采用宽度分布推求阈值准确,流域面积越小,采用水系分形推求阈值准确;集水面积阈值在流域内各处并非完全相同,应考虑采用多个阈值。     

基于改进适度指数法的流域流水网阈值确定研究

针对集水面积阈值为提取河网的关键参数,提出了采用改进的适度指数法确定理想的集水面积阈值,并与常用的河网密度法进行了比较,以多营坪流域为例完成了河网水系提取分析。结果表明,该方法提取的水系与蓝线水系拟合精度较好,优于河网密度法提取的水系。     

基于ArcGIS-Matlab的流域集水面积阈值确定方法

为准确判定流域的最佳集水面积阈值,基于重庆市梁滩河流域12.5m精度DEM,利用ArcGIS水文分析工具提取流域河网水系,并分析了河网(河源)密度与集水面积阈值的相关性。结果表明,河网(河源)密度随集水面积阈值的增加而降低,且当阈值超过2 000时,其下降速度由急剧变为缓慢;采用幂函数可较好表示河网(河源)密度与集水面积阈值之间的关系,判定系数均达0.998;利用离散程度差异法并借助Matlab的运算程序可快速判定梁滩河流域的最佳集水面积阈值为2 400。     

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。     

利用DEM提取河网时集水面积阈值的确定

在O＇callaghan和Mark方法中引入了集水面积阈值的概念，对于同一流域利用不同集水面积阈值得到不同的河网。提出了利用河源密度（或河网密度）与集水面积阈值的关系确定理想的集水面积阈值．当河源密度（或河网密度）趋于稳定时的面积阈值为所需要的。将该方法应用于沿渡河流域得到的河网与地形图中的“蓝线”河网拟合较好。提出的方法排除了在选取集水面积阈值时的主观随意性。     

基于SWAT模型的小流域非点源污染负荷分布模拟研究

为了解小流域的非点源污染现状,拟采用水系分维值确定最佳集水面积阈值,在清溪河流域建立SWAT模型,研究该流域非点源污染负荷的时空分布规律。结果表明,清溪河流域最佳集水面积阈值为400 ha,划分为37个子流域;模型径流和氮磷模拟的决定系数R²大于0.83,Nash效率系数大于0.58,表明SWAT模型在清溪河流域具有适用性;总氮、总磷年污染负荷与清溪河年径流量的相关系数高达0.87、0.91,正相关关系明显;年内丰水期总氮、总磷的污染负荷占比分别高达69.90%、73.33%,说明丰水期是产生非点源污染的关键时期;来自耕地的总氮、总磷污染负荷分别为3 712.62×10³、102.97×10³kg,单位面积负荷分别为25.72×10³、0.71×10³kg/（a·km²）,远高于其他土地利用类型,表明农业生产和农村生活是清溪河流域产生总氮、总磷污染的重要污染源。     

苕溪流域控制断面河网概化水质订正方法

大型复杂河网河道众多,水系复杂,加上模拟方法存在理论缺陷及概化河道产生误差,在模型运算中对规模较小的河道进行概化处理会导致水质模拟精度降低。为提高水质模拟精度,以杭嘉湖平原苕溪流域控制断面为例,通过引入陆域宽度概念,对河道概化前后流量及水质浓度进行修订。结果表明,苕溪流域控制断面COD、氨氮订正系数为0.96~1.11,订正后COD、氨氮浓度平均误差分别减小了3.58%、5.36%,水质精度有所提高,可见该方法在模型应用中具有较好的适用性。     

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。     

新安江模型汇流参数与地貌特征规律分析及应用

基于数字高程模型对皖南山区屯溪流域及其嵌套子流域进行数字化,提取了研究流域的面积坡度与河道平均坡度,以新安江模型汇流参数的物理意义为基础分析了参数与地貌特征间的规律,并进行了实例验证.结果表明,所得规律能较好地反演皖南山区7个流域的河网水流消退系数及河道汇流河段数,研究结果合理、有效.     

马斯京根型流域地貌汇流模型

根据概念性流域地貌汇流模型的一般理论,以概念性元素"马斯京根河段"模拟各级河道的汇流作用,建立了以洪水波的波速和扩散系数为参数的马斯京根型流域地貌汇流模型;给出了三级流域时段单位线的表达式,并分析了模型参数对时段单位线的影响;讨论了参数的约束条件和推求方法,并对南雁流域的雨洪资料进行了实例分析．     

基于DEM和分形理论的沱江流域划分及河网提取

基于数字高程模型(DEM),利用ArcGIS软件提取沱江流域边界和河网,结合分形理论分析了不同汇流累积阈值下河网分形维数和密度变化率特征。结果表明,沱江流域面积为27 434km~2;流域河网分形特征明显,分形维数介于1.200~1.280之间;河网密度及其变化率和分形维数及其变化率均与汇流累积阈值呈负相关,相关系数分别为-0.98、-0.88、-0.96、-0.60,表明利用DEM提取的河网主要受汇流累积阈值影响;河网提取阈值为30 000时最为合理,此时沱江干/支流总长度为4 453km,河网密度为0.168km/km~2;与传统方法相比,引入分形理论后,在河网提取时选择汇流累积阈值愈简便和快捷,结果愈精确。研究结果不仅改善了岷江和沱江水系划分结果,且为该地区流域划分和水文分析等提供了理论指导和实践参考。     

基于SWMM模型的山前平原城市水系排涝规划

基于山前平原城市的自然地理、地貌及水系条件,运用SWMM模型,在规划土地利用条件下进行水系排涝模拟演算,计算雨量资料频率,推求5、10、20年一遇设计雨量以及时程分配。并根据下垫面情况及地形地貌对计算分区和模型进行概化,即山丘区由设计暴雨推求水库入流过程;城区和郊区产汇流及河道排涝计算采用SWMM模型。实例应用中针对各种频率的设计暴雨,通过水文水利计算,模拟城区河道流域可能的涝情,分析现状水系存在的主要问题,提出建设性对策和建议。模拟结果满足10年一遇河道排涝要求,可以为水系排涝规划和治理提供相应依据,对其他城区水系的排涝模拟也具有一定的参考价值。     

Nash汇流模型在无资料地区的应用

针对无资料地区水文预报(PUB)问题,分析了Nash模型在无资料地区水文模拟与预报中的适用性。首先基于流域DEM数据及GIS技术提取流域的地形地貌参数,再根据初损后损法计算净雨过程及平均净雨强度,然后采用Eagleson-Bras的流速经验公式推求流速因子,最终确定Nash模型中的各参数,并将其应用于渭河水系秦渡镇流域。结果表明,Nash模型对洪峰和洪量模拟效果较好,对无资料流域洪水预报具有较好的适用性。     

基于等价地貌参数的地貌单位线确定方法

针对传统地貌单位线计算过程中地貌参数的获取在很大程度上受到面积阈值的影响,进而造成单位线不唯一的问题,从而影响汇流计算的精确度。为解决此问题,提出一种与面积阈值无关的等价地貌参数及其相应的地貌单位线计算方法,并将该方法应用于海南省中小流域,采用具有资料的定安河流域进行验证,将模拟径流与实测数据进行对比。结果表明,基于等价参数计算出的地貌瞬时单位线(GIUH)能较好地适用于流域的汇流计算。     

基于流域基本单元的分布式流域汇流计算方法

结合现行离散化方法的优缺点,引入流域基本单元的概念,在DEM平台上利用Arcview软件将流域离散化为基本单元,计算流域地貌特征值,构建基本单元—河网型分布式流域水文模型。推导出V形和马蹄形基本单元的面积—时间曲线,用以计算坡面汇流;对于河网汇流则运用Muskingum法计算,其优势在于可充分考虑水流汇集的物理概念和下垫面因子分布不均对流域汇流的影响。以星丰流域和沿渡河流域为对象进行水文模拟应用研究,结果表明,该模型具有良好的适用性。     

基于VIC模型和地貌单位线的中小水库入库预报研究

为解决中小水库入库预报问题,基于VIC模型产流原理和地貌单位线汇流方法,构建了中小水库入库预报模型。其中,VIC模型产流参数基于流域气候、地形地貌、土壤等数据以及VIC模型水文参数全国网格化公式确定;地貌单位线汇流参数基于高分辨率数字高程模型提取的数字化水系获取。实例应用表明,所提出的方法适用于中小水库入库预报,预报的流量过程和入库水量均具有较高的精度;预报误差主要源于网格参数的移用、地貌单位线流速的确定、雨量站代表性的不足。     

平原河网区水系结构连通性评价

河湖水系连通在增强抵御水旱灾害能力、提高水资源统筹配置能力和改善河湖健康状况等方面均具有重要作用,已成为国家江河治理的重大课题,但相关的理论和技术研究尚处于探索阶段。基于水系结构连通性评价的内涵,探讨了水系连通性与水系结构连通性的关系及水系结构连通性的影响要素,在分析了传统网络连通性评价方法在水网中的适用性基础上,提出了基于河道自然、社会双重属性的水系结构连通性评价方法,并通过对吴江市骨干水系结构连通性进行计算,验证了该方法的可行性。     

流域水系突发事件演化分析及水库应急调度响应

在总结归纳流域水系可能发生的主要突发事件基础上,分析流域水系突发事件的成因并对其分类;讨论了突发事件的演化趋势分析方式及模型,研究不同类型突发事件的响应机理和调配流域水利工程的应急流程,初步构建流域水系突发事件应急调度决策体系,为探索流域水库(群)科学高效应急调度提供理论支撑。