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。     

秦淮河流域河网特征提取

以秦淮河流域为例,阐述了Arc Hydro Tools提取流域河网的步骤和方法,分析了有(无)河网辅助条件下提取数字河网的效果,并探讨了利用Arc Hydro Tools 提取河网水系的特征,提出了基于ArcGIS Hydrology模块直接处理DEM数据的改进方法。结果表明,该方法有效提取了研究区域内的河网特征,与实际流域边界基本吻合。     

封闭内流区域的子流域划分方法研究

对封闭内流区域而言,四周高内部低,水系主要向区域内部汇集,最终消散于湖泊。针对现有子流域划分方法划分封闭内流区子流域时,存在模拟河网提取错误、子流域上下游关系错误等问题,提出一种面向封闭内流区域的子流域划分方法,主要通过对DEM数据进行虚拟出口设置、虚拟河网绘制、流域边界加高3步预处理后再使用现有子流域划分方法实现,并以柴达木盆地为例进行子流域划分应用。结果表明,所提方法提取的模拟河网比较符合实际,且能正确提取出相对独立的四级区和整个柴达木盆地范围,为分布式水文模型模拟应用提供了技术支撑。     

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。     

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.     

新安江模型河网消退系数与下垫面关系研究

为研究新安江模型河网消退系数C_s与下垫面之间的关系,以皖南山区29个中小流域为研究对象,首先采用SCE-UA算法率定河网消退系数C_s值;其次利用DEM资料提取各流域内的10个下垫面因子特征值;最后通过逐步回归分析、通径分析探讨C_s与各流域下垫面特征的综合关系。研究结果表明,下垫面因子中,流域平均高差和流域面积对C_s产生直接影响,而流域平均坡度表现为间接影响;采用逐步回归分析方法计算得到的C_s值与模型率定得到的C_s值相比,精度较高,具有统计意义,且不依赖于实测资料,可为模型在无资料地区推广应用提供依据。     

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。     

基于地形图高程点的流域水系提取精度研究

针对基于地形图高程点生成DEM法提取的模拟河网同实际河网存在着差异甚至错误的问题,分析了TIN数据范围、高程点密度及DEM采样精度三个影响因素对水系提取精度的影响、影响程度大小、原因及修正方法。以深圳坪山河为例,通过设置不同的情景提取模拟河网,并同实际水系进行对比,定性评价各因素的影响、误差来源及修正方法。结果表明,TIN数据范围影响着整体河流的准确性,高程点密度及DEM采样精度影响着局部河流的准确性;TIN数据范围的影响来源于DEM插值高程的异常,可通过裁剪数据边界加以消除;高程点密度和DEM采样精度的影响来源于高程的局部高估,部分高估区域可通过对比不同情景下的模拟河网不一致区域得出,其他部分高估区域则需借助额外的水系信息加以判别。     

一个以DEM为基础的分布式水文模型

研究了如何将从DEM中提取的河网、水流路径等流域特征应用于分布式水文模型。建立了一个以传统产流模式为基础进行产流计算、网格间沿虚拟汇流网络进行汇流的分布式水文模型，并在我国东北部分流域进行了应用。重点研究了以DEM为基础的汇流方法，用汇流时间和线性水库相结合的方法进行汇流演算。结果表明，该方法提高了大尺度水文模拟的精度。     

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。     

改进的分布式水文模型在渭河流域的适用性分析

将具有物理机制的Green-Ampt下渗曲线引入到基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型(DDRM)中,在DDRM的栅格结构中增加了超渗产流模块,实现了对DDRM模型的改进。将原模型、改进的模型和新安江模型在渭河流域进行应用和验证,探讨了DDRM模型在半干旱半湿润地区的适用性,即采用渭河流域1km×1km的DEM提取流域特征信息并划分子流域,并以子流域作为空间分解单元,借助多线程并行化计算提高了模型计算效率。从Nash-Sutcliffe效率系数、径流深相对误差角度对模拟结果进行比较分析,表明改进的DDRM模型模拟效果优于原模型;改进的DDRM模型径流深相对误差小于新安江模型,但NashSutcliffe效率系数略低于新安江模型;且由于产流机制的改变,改进前后模型模拟的两种水文要素分布也呈现出一定的差异。     

基于SWAT模型的白莲河流域径流模拟研究

以湖北省白莲河流域为研究区,探讨了SWAT模型在中小流域尺度的径流模拟中的适用性,利用白莲河流域的水文气象数据、DEM数据、土壤类型和土地利用等资料建立了白莲河流域的SWAT模型,并选用1995~1999年汛期(4~10月)为模型参数的率定期、2002~2004年汛期(4~10月)为模型参数的检验期.模拟结果表明;SWAT模型基本能反映白莲河流域的日径流水文过程,具有一定的适用性,为研究水资源提供了科学依据.     

基于DEM的分布式汇流模型及其在洪水预报中的应用

基于数字高程模型,并结合国外在河网水系提取的研究成果,归纳出提取河网水系的方法,并将其应用于实际的水系提取.建立了流域尺度的概念型分布式新安江模型,该模型在栅格单元中采用新安江模型作产流计算,根据单元的不同属性 （坡地、河道）及所推求的汇流时间场建立汇流模型.将此模型应用于淮河黄泥庄以上集水区域,对黄泥庄站的洪水过程进行了模拟研究,模拟结果符合洪水预报的规范要求.     

SWMM模型在西南地区山前平原城市防洪计算中的应用

针对传统水文计算方法应用于山前平原型城市防洪计算中存在的不足,基于SWMM模型,结合西南地区快速的城市化进程与复杂的水文水力特性,建立了集防洪、排涝、排水于一体的水文水动力学模型,并深入研究了较大尺度范围下子流域的集总概化方法。结果表明,SWMM模型在西南地区具有良好的适用性,采用集总的子流域概化方法在满足计算精度的条件下可有效减少建模工作量,易于模型的推广应用。     

SWMM模型在深圳市民治河流域的应用

以深圳市民治河流域为研究区域,对组成排水系统的排水管网、道路和河道水系进行合理概化,构建了基于ArcGIS的排水系统数据库。利用流域DEM、街区和道路分布图在ArcGIS中对民治河流域进行子汇水区划分。由此基于双层排水系统思想构建民治河流域SWMM模型,并采用6场实测降雨资料对该模型进行验证,所得内涝淹没位置与实际调研情况基本相符,表明所建模型具有良好的精度和可靠性;分别对重现期为1、2、5、10、20年的设计暴雨情形下管道超负荷、节点溢流等情况模拟表明,该模型较好地评估了该流域排水管网的排水能力,为区域防洪排涝管理、调度、规划和雨洪资源利用提供了决策依据。     

基于BP神经网络的大伙房水库洪水预报

鉴于大伙房水库洪水预报模型为集总式模型,其参数不仅需要优选法选定或人工试错法确定,还需要实时校正,因此根据大伙房流域特点提出了一种半分布式BP神经网络洪水预报模型,实现了模型中参数的自动率定,且由于其半分布式的特点还规避了原集总式模型的部分劣势。即采用DEM和ArcGIS根据水文站及自然流域分水线划分流域,创建BP神经网络,然后应用于各子流域断面及入库断面,预报其流量值,并在每个网络中均运用逐步回归分析法对输入层数据进行筛选,以得到影响最显著因子。将所建模型应用于大伙房水库,预报精度较好,可用于大伙房水库的正式预报。     

不同分辨率DEM的信息熵评价及其对径流模拟的影响

引用信息熵对不同分辨率DEM的信息量进行分析，对影响水文模拟的两个重要参数——径流路径和汇流平均坡度对DEM信息熵的敏感性进行评价，并在同一组模型参数下对DEM分辨率变化对径流模拟的影响进行分析，研究结果表明：径流总量、洪峰、水文响应时间对DEM分辨率的变化是非常敏感的。随着DEM分辨率的降低径流量减少，洪峰衰减，水文响应时间提前。