土地覆被和气候变化的水文响应研究

采用分布式水文模型SWAT研究北京地区过去10a间径流量剧减的主要原因.采用等高线→TIN→DEM的方法获取研究区分辨率较高的DEM图,基于DEM图提取流域边界、河网、子流域及相关属性,根据土壤类型与土地覆被类型的组合划分水文响应单元,实现下垫面的空间离散;采用校准和验证后率定的参数研究了10a来气候变化和土地覆被变化对径流量的影响.研究表明:10a间土地覆被变化的主要趋势是旱地城市化.过去10a间,由于土地覆被变化导致北运河年均径流量增加了10%～20%,而气候变化导致年均径流量减少了约2/3.     

SWAT模型下基于DEM的水文响应单元划分 ——以濂水流域为例

本文在SWAT模型的基础上,以赣江上游濂水流域为研究区域,设计了中小流域水文响应单元的划分方法.研究以DEM数据为基础,利用TM影像和Google Earth的矢量化数据为参考,采用适度指数法模拟出符合濂水流域的函数拟合,确定河网划分阈值,保障河网划分的准确度.结合土地利用数据、土壤数据和坡度数据将濂水流域划分为49个子流域和181个水文响应单元.通过对濂水流域水文响应单元的划分,避免了人为经验生成河网而导致子流域和水文响应单元划分的不准确性,为濂水及赣江上游子流域的分布式模型模拟提供参考.     

淮北平原分布式除涝水文模型及应用

针对目前淮北平原除涝水文计算采用的经验排模公式仅考虑了设计净雨和排水面积两个因素,对于下垫面情况复杂的流域不能很好地反映峰量关系的情况,应用GIS技术根据DEM进行流域划分、水流方向确定等处理,并结合流域水文地质图、土壤分布图等建立GIS图层,进而构建淮北分布式水文模型。结果表明,该模型可用于无资料地区的排涝水文计算,应用历史数据对模型参数进行调试,模拟计算精度可达GB/T 22482-2008《水文情报预报规范》的甲级标准。     

基于DEM的大清河子流域划分方法

针对流域水循环模拟中的子流域划分问题,以大清河流域为例,首先基于ArcGIS软件,以30 m分辨率的DEM作为数据源,进行填洼处理、流向判定、汇流累计量计算等;然后采用河网密度法和水系分维法确定最佳集水面积阈值,提取出与实际最符合的河网,以此更准确地提取流域水系;最后根据水流流向、汇流累计以及出水口的位置划分子流域,并基于MATLAB程序对子流域及其内部栅格进行编码。结果表明:当集水面积阈值为270 km~2时,提取的大清河流域河网水系与实际较为符合,且对子流域的划分及编码可以实现快速准确定位每一个栅格,方便计算机的识别及演算。因此,以DEM为基础实现大流域尺度下子流域划分是可行的,对子流域的划分及编码可以为开发构建大尺度流域分布式水文模型提供技术支撑。     

水土保持对王家沟流域山洪形成影响的研究

由多种水保因素共同作用的水文现象具有相当大的不确定性,同时也存在一定的规律性。因此水文现象的研究往往依靠经验方法,而且结果也未必准确。文章利用HEC-HMS水文模型及ARCGIS平台,对分辨率为30m的DEM数据进行了预处理和数字流域的提取,并将王家沟流域划分为7个子流域,结合对应的土地利用及土壤类型数据,生成水文模型的基本计算单元。采用Green and Ampt法+SCS曲线法+马斯京跟法+退水曲线法进行模拟,定量探讨了植被条件和耕作方式等典型水土保持措施实施效果对该流域山洪的影响。分析表明,流域内林地的增加会导致土壤入渗率的增加,植被退化会导致叶面积指数的减小进而减小树冠截流量;结论可对山西省山洪灾害分析评价工作及其山丘区洪水预报工作提供技术指导和理论支持。     

HEC-HMS水文模型在流域洪水模拟中的应用——以山西石楼县义牒河流域为例

利用HEC-HMS水文模型及Arc GIS平台,对分辨率为30 m的DEM数据进行了预处理和数字流域的提取,并将义牒河流域划分为17个子流域,结合对应的土地利用及土壤类型数据,生成水文模型的基本计算单元,对该流域的降雨径流过程进行了模拟。由于研究区下垫面条件复杂,为了分析不同产汇流方法对洪水的影响,采用2种模拟方案。方案一产流计算选用初损稳渗法、径流计算选用运动波法、河道洪水演算选用马斯京根法;方案二产流计算选用SCS曲线法、径流计算选用SCS单位线法、河道洪水演算选用马斯京根法。结果显示:方案一洪峰合格率为88.9%,DC均值为0.773,洪峰出现时差为10 min;方案二的洪峰合格率为89.9%,DC均值为0.838,洪峰出现时差为8 min。从DC均值、洪峰数值、洪峰出现时差的角度说明该水文模型在义牒河流域的适用性较好。     

基于DEM与河网密度的水系提取与应用——以澜湄流域为例

以澜沧江-湄公河流域为研究对象,提出一种基于90 m分辨率的数字高程模型(DEM)和河网密度法的水系提取方法。基于ArcGIS中水文分析模块和缓冲区工具,引入数字化河网作为水系提取的影响条件,以实际水系修正主要河道的高程值;再采用河网密度法确定最佳集水面积阈值,并依据流域自然分水岭、流域控制面积以及干流主要水文控制站要素划分子流域;结合中央气象台精细化智能网格降水产品,分析不同子流域尺度对强降雨反映效应。结果表明,澜湄流域最佳集水面积阈值为129.1 km²,数字水系河流相对误差为7.5%,河网套合差为2.5%;精度检验吻合程度较高,提取水系与实际水系较为一致。     

HEC⁃HMS模型在黄河中游大理河流域适用性研究

水文预报对流域防洪减灾、水资源利用与管理具有重要意义。为探究HEC-HMS分布式水文模型在黄河中游地区的适用性,以大理河流域为研究区,根据流域DEM、土地利用和土壤等数据,基于GIS技术划分流域单元、提取流域信息,采用SCS曲线法、Snyder单位线法、退水曲线法和马斯京根法进行流域产汇流计算和河道洪水演进模拟。选取流域内13场实测雨洪资料,进行模型参数率定和验证。结果表明:13场洪水的洪峰流量模拟误差均小于20%、峰现时刻误差均小于3 h;率定期8场洪水模拟合格率为87.5%,平均Nash系数为0.816;验证期5场洪水模拟合格率为80.0%,平均Nash系数为0.710,预报精度达到乙级,模型可以应用于大理河流域洪水模拟。     

子流域划分对EasyDHM径流模拟的影响分析

子流域划分是分布式水文模型构建的重要过程之一。对分布式水文模型子流域划分技术进行了综述,简要介绍了EasyDHM（Easy Distributed Hydrological Model）模型及其子流域划分方法。选取第二松花江丰满水库以上流域作为研究区域,使用1 km×1 km分辨率的数字高程（DEM）及50 km2集水面积阈值提取数字河网,并按3种子流域划分配置对该区域进行划分。结果表明,子流域划分数越多,纳什效率系数越大,模拟效果越好。     

基于DEM的塔里木河流域数字河网提取与分析

针对干旱半干旱地区数字河网提取及修正问题,以塔里木河流域为研究区域,基于30 m水平分辨率AETER GDEM数据产品,利用Arc Hydro Tools模型对流域河网进行提取,并以水文站为子流域出口断面划分子流域,分析不同类型地貌特征河网提取与实际情况的差异,对河网提取与实际情况误差较大区域基于AGREE算法进行DEM修正。结果表明:(1)基于DEM进行河网提取的结果在地势起伏较大的山地精度较高。在丘陵平原等地区由于采样误差、人类活动等原因精度较差甚至出现错误,对不同类型的地貌单元应进行不同程度的DEM修正使提取河网与实际情况相符合。(2)河网提取时将汇水面积阈值设定为子流域最大汇水累积量1%时提取结果与实际情况最为符合。(3)从提取的效率来看,利用DEM和Arc Hydro Tools并结合DEM修正技术对流域河网进行提取效率较高,适用于水文模型构建的基础工作。     

复杂下垫面城市暴雨内涝汇水区划分方法研究

汇水区(catchment)是径流控制的结构单元,也是水文模型中重要的输入数据。在城市地区,由于复杂的下垫面特征,使用传统的汇水区划分方法得到的结果和现实情况差异较大。在已有的汇水区划分方法基础上,结合城市地区实际径流特点,提出了新的汇水区划分方法。首先,将影响地表汇流路径的不同地物高程信息融入到DEM中;然后,对概化后的排水管网进行缓冲区分析并修正对应范围内的DEM数据,进一步优化DEM;再次,结合研究区范围确定合适的DEM空间分辨率,保证子汇水区划分的合理性;最终,根据精细化的DEM数据,利用D8算法划分子汇水区。以海宁地区为研究区,并将新方法与3种传统方法进行对比。结果表明:细化后的DEM能够更加真实地反映地表高程,汇水区划分结果可以准确刻画地表径流过程,提高了汇水区划分的合理性。     

Estimation of Soil Erosion and Sediment Yield Using GIS at Catchment Scale

A GIS-based method has been applied for the determination of soil erosion and sediment yield in a small watershed in Mun River basin, Thailand. The method involves spatial disintegration of the catchment into homogenous grid cells to capture the catchment heterogeneity. The gross soil erosion in each cell was calculated using Universal Soil Loss Equation (USLE) by carefully determining its various parameters. The concept of sediment delivery ratio is used to route surface erosion from each of the discritized cells to the catchment outlet. The process of sediment delivery from grid cells to the catchment outlet is represented by the topographical characteristics of the cells. The effect of DEM resolution on sediment yield is analyzed using two different resolutions of DEM. The spatial discretization of the catchment and derivation of the physical parameters related to erosion in the cell are performed through GIS techniques.     

Development and application of GIS based K-DRUM for flood runoff simulation using radar rainfall

The aim of this paper is to develop a physical based distributed runoff model for flood simulation considering spatially and temporally varied rainfall and to evaluate the feasibility of an offline mode under typhoon and convective storm events for Korean watershed. Additionally, an auto-calibration method for initial soil moisture conditions that have an effect on discharge was proposed, and Namgang watershed (2,293 km²) was applied as study site. Distributed rainfall according to grid resolution was generated by using a pre-process program of radar rainfall from the JNI radar. Also, GIS hydrological parameters were extracted from basic GIS data such as DEM, land cover and soil map, and used as input data of the model. The Namgang watershed was divided into square grids of 500 m resolution and calculated by kinematic wave into an outlet through channel networks to evaluate capability of the developed model.     

基于DEM和GIS的流域水文信息提取——以巴中市为例

为了探讨基于DEM和GIS的流域水文信息提取过程中阈值确定的有关问题,应用ArcGIS中的Hydrology水文分析工具,对巴中市水域的水文信息提取进行了研究。研究结果表明:1汇流累积量与河网密度、流域面积满足二阶导数关系,利用导数关系能够有效确定河网提取阈值。2阈值对河网信息提取具有较大的影响,阈值越小,河网越稠密。当阈值达到8500时,提取的河网密度和面积基本趋于稳定且与实际水系基本符合。3实际地形特征、原始DEM数据可能存在的误差以及其他人为因素等都会对水文提取结果产生影响。     

基于数字化水系修正DEM提取流域河网研究

基于DEM提取河网流域的基本原理以及将数字化水系的位置信息作为流域河网提取的限制条件,对主要河道的DEM值进行修改,然后设定不同的集水面积阈值提取相应的河网。根据河网密度与集水面积阈值的关系,利用均值变点分析方法,最终确定合理的集水面积阈值。结果表明使用该方法提取的河网流域更加接近真实水系。更多还原     

数值地形图的生成及其水文地貌特征评价

数值地形图(DEM)是利用地理信息系统(GIS)进行流域水文模拟的基础, 其精度直接影响模拟结果在没有现成的数值地形图时, 应用人员往往利用传统的地形图来生成它. 本文分别采用Arc/Info地理信息系统软件提供的哈奇逊法和不规则三角网五次插值法, 对一个实验流域的高程取样点进行插值, 生成了4种不同的数值地形图, 从凹洼分布、流域界定、河网提取、地面坡度和地形指数、以及地面径流汇成等方面, 对它们的水文地貌精度进行了比较. 结果表明, 两种方法都能生成由高程点群所反映的地形, 然而由于哈奇逊法能够结合流域的河网结构及其具有物理基础的水文地貌加强法来处理凹洼问题, 因此大大地提高了其所生成的流域数值地形图水文地貌特征精度.     

基于DEM的数字河网提取方法及应用研究

基于数字高程模型（DEM）提取水文和地形参数是水文模型与GIS应用集成的基础。运用生成河网所使用的洼地填平方法、高程增加法、D8算法,结合流域高程模型自动提取河网水系集水面积的方法,选取多个阈值进行分析比较,完成了岷江、沱江流域的数字河网提取应用研究。研究结果表明,该套方法提取的河网与实际河流接近,自动化提取程度较高,在分析流域的河网水系结构特征时具有一定的应用价值,提取结果也可以作为三维GIS应用中数字河网建模参考。     

Arc Hydro模型在流域水文特征提取中的应用——以蓟县沙河流域为例

详细介绍了基于ArcGIS9.3平台的Arc Hydro模型的结构及使用方法,包括从原始高程数据提取河网的步骤。研究区域选取天津市蓟县的沙河流域,采用90 m分辨率的DEM作为基本地形数据,对沙河流域水文特征的提取,共生成28个子流域。分析结果表明:与实际河流水系特征基本吻合,因此应用Arc Hydro工具集划分的流域结果是合理的。     

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。     

Flood Modeling for Complex Terrain Using GIS and Remote Sensed Information

A spatially distributed hydrological model WetSpa (Water and Energy Transfer between Soil, Plants and Atmosphere) working on an hourly time scale is presented in this paper. The model combines elevation, soil and land use data, and predicts flood hydrograph and the spatial distribution of hydrological characteristics in a watershed. The model is tested on a small catchment in Belgium for which topography and soil data are available in GIS form, while the land use and soil cover is obtained from remote sensed images. The resulting calculated discharges compare favorably with the field measurements. Next a 102-year series of measured hourly precipitation data is processed with the model and the resulting hydrographs are analyzed statistically to determine the characteristics of extreme floods. Finally, the simulated extreme peak discharges are compared to the results calculated with design storms. Comparison of the two methods shows that the model is capable to predict both normal and extreme floods. Since the model accounts for spatially distributed hydrological and geophysical characteristics of the catchment, it is suitable for simulating hydrological processes in a complex terrain and for predicting the influence of changes in land use on the hydrological behavior of a river basin.