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。     

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。     

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。     

不同集水面积阈值确定方法在典型黄土侵蚀地貌区的适用性分析

针对不同集水面积阈值确定方法的适用性问题,结合流域地貌侵蚀发育理论和侵蚀阶段—水系分维数关系判断了理论水系分维数大小,以水系分维数作为评判指标,分析了不同集水面积阈值确定方法的适用性,并以此为基础建立了一套无"蓝线"河网情况下检验集水面积阈值确定方法合理性的完整体系。实例应用结果表明,泾河流域水系结构具有典型的分形特征,其理论水系分维数应在1.4～1.6之间;受黄土地貌软弱岩性的影响,河网密度法及河道分支法在黄土沟壑地貌中具有良好的适用性,能较为细致地反映沟谷河道的准确信息;河源最小误差法及试错法下的水系分维数与理论值存在较大偏差,只适用于地形地貌变化不大的小型流域。     

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。     

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。     

汉江上游干流发电与航运联合开发的浅见

汉江是长江中游的一条最大支流,发源于秦岭南麓的陕西省宁强县,流域包括陕西、湖北、四川、河南和甘肃五省各一部分,流至汉口汇入长江.全长1567km,流域面积159000km~2,总落差1964m.多年平均流量1710m~3/s(碾盘山站),年径流量539m~3.汉江干流河谷可分为三段:丹江口以上为上游段,长918km,集水面积95200km~2;丹江口至钟祥为中游段,长270km,集水面积46800km~2;钟祥至汉口为下游段,长379km.集水面积为17000km~2.     

地貌瞬时单位线参数敏感性分析

针对流域汇流速度和降雨时空变异性等不确定性因素为地貌瞬时单位线研究的难点问题,采用人工扰动法分析了汇流速度的敏感性,统计分析得出流域暴雨中心为汇流速度的主要影响因子,并建立了两者间的关系,进而由暴雨中心来推求汇流速度;同时比较分析了不同流域河网级别对地貌瞬时单位线的影响程度,得出流域河网级别为影响其他地貌参数的综合性参数,并选出适于研究流域水文模拟的最佳流域河网级别.     

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。     

子流域划分对HSPF模型径流模拟效果的影响

在水文水质模拟过程中,子流域划分数量直接影响模拟结果的精确度,确定最佳子流域划分方案对提高模拟精确度至关重要。基于PEST-HSPF模型,以中河流域为例,在相同参数及不同参数条件下,采用PEST自动校准方法,判断子流域划分数量对流量模拟精确度的影响。结果表明,在相同水文参数下,子流域划分数量变化时,模拟流量的纳什系数(NSE)和可决系数(R2)在0.65~0.78之间波动,其中子流域划分数量在10~20之间对模拟结果的精确度影响最大;在不同水文参数下,径流模拟结果的NSE与R2随子流域划分数量的增加先增大后减小,相对误差(RE)在子流域划分数量介于1~10之间时急剧下降后趋于稳定;子流域划分对HSPF水文模拟效果影响显著,表现出阈值效应,当划分数量超出阈值范围时,径流模拟精度均会受到很大影响。     

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。     

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。     

基于不同网格分辨率的大尺度模式径流的汇流分析

径流量往往基于较大空间尺度计算求得,再采用汇流模型将径流量转换为河道流量过程。对于大尺度的汇流模型,汇流网络与流域实际河网差别较大,因此采用不同网格分辨率计算分析大尺度径流量的汇流,并应用单位线法和线性圣维南方程计算坡地和河网汇流。结果表明,实际汇水面积随着网格分辨率的不同变化很大;不同时间尺度和网格分辨率下的流量结果的偏差与实际汇水面积和流量值本身大小有关;网格分辨率对流量的影响形式在较大的时间尺度上更加明显。     

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.     

浐灞河中下游水质时空变化特征及其与土地利用类型的关系

为探究浐灞河中下游水质时空变化特征及其与土地利用类型的关系，设置了17个采样点，分别于2019年4(平水期)、8(丰水期)、12月(枯水期)进行采样监测，运用统计学方法分析水质时空分布特征并识别主要污染因子，利用Spearman相关分析法探究土地利用类型面积占比与水质指标的相关关系。结果表明，2019年浐灞河中下游水质具有一定时空分异性。时间上来看，NH₃-N浓度值丰水期最大，TP、COD_Mn的浓度值均为丰水期>平水期>枯水期；空间上来看，NH₃-N、TP、COD_Mn浓度值从中游到下游基本呈上升趋势。受沿岸人类活动的影响，浐灞河中下游存在营养盐和有机物污染。建设用地与污染物浓度呈正相关，起“源”作用；林地与污染物浓度呈负相关，起“汇”作用。研究成果可为浐灞河流域水环境管理提供参考。     

基于抽站法的乐安河流域合理雨量站网密度研究

以江西省乐安河流域为例,在流域内选择高程和面积不等的五个区域,针对1d和1h两种时段,采用抽站法对比分析了各区域在不同面雨量计算方法、不同抽站密度及不同允许误差条件下的时段面雨量计算精度,揭示了影响面雨量计算精度的主要因素,并确定了给定精度要求下各区域的合理布站密度及乐安河流域合理雨量站网密度经验公式,为江西省乐安河流域及其他类似地区的雨量站网布设提供了参考。     

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.