DEM分辨率对喀什河流域径流模拟精度的影响

为合理地研究资料匮乏的高寒山区水文规律、提高融雪径流模拟的精度,以地形复杂且站点稀少的喀什河流域为例,基于DEM不同分辨率（30 m×30 m、90 m×90 m、200 m×200 m、400 m×400 m、600 m×600 m和1 000 m×1 000 m）构建了SWAT模型,探讨了不同分辨率DEM的差异性及DEM分辨率对河流径流模拟精度的影响。结果表明,随着DEM分辨率的降低,流域地形变缓,流域总面积、高程区间及平均坡度逐渐减小,进而影响到径流模拟的结果;随着DEM分辨率的降低,模型整个模拟期的Nash-Sutcliffe效率系数大致呈逐渐减小趋势,相对误差大致呈逐渐增大趋势,说明低精度的DEM所带来的误差,会导致径流峰值降低,洪峰衰减,从而使模拟出的径流量和实测径流值存在偏差,因此喀什河流域最优的DEM分辨率为90 m×90 m。     

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。     

基于Caflood的济南城区雨洪淹没模拟

为快速准确模拟城市洪水淹没并分析其时空演化规律,基于元胞自动机洪水模拟软件Caflood建立济南城区二维洪水淹没模型,并对济南城区雨洪淹没进行模拟。利用5次代表性雨洪数据率定模型并通过3次代表性雨洪数据验证该模型;同时为分析不同地形复杂度下的模拟效果及效率,采取不同分辨率DEM数据对20170718特大暴雨进行模拟,并对不同分辨率的模拟结果与MIKE21模拟结果进行对比分析。结果表明,模型率定及验证结果平均误差为0.02m;20170718特大暴雨模拟图形化显示结果基本符合实际淹没情形;选取22个实测点,以10m分辨率DEM作为模型输入的Caflood模拟最大水深平均误差为0.21m,30m分辨率的模拟平均误差为0.33m,但30m分辨率DEM运行时间仅为10m分辨率DEM的1/15,而MIKE21模拟的平均误差为0.27m。由此可见该模型运行可靠、精度较高、能较好地反映洪水的运动特性,与其他分布式雨洪模型相比具有计算时间短、建模条件较低且适应性较好的特点,更适合城市洪水预警与应急预案。研究成果可为城市雨洪模拟与预报提供参考。     

基于DEM的坡地太阳总辐射估算

借鉴国内外计算坡地太阳辐射的方法,利用数字高程模型(DEM)生成了计算山地太阳辐射的地形因子(坡度、坡向、遮蔽度、各向同性可见因子),比现有的模型更准确地计算了晴空下山地太阳总辐射、直接辐射、散射辐射和周围地形的反射辐射,在此基础上分析了坡度、坡向对太阳辐射的影响。     

潇湘水源区土地利用变化下的水文响应分析

以曲靖市潇湘水源区为例,利用曲靖市沾益气象站1953~2009年间的日气象资料及潇湘水源区坝上站径流资料,结合水源区土壤数据、土地利用数据以及90m分辨率DEM,构建了潇湘水源区SWAT水文模型,研究了1986、2000、2009年不同土地利用类型下的水源区水文响应特征。结果表明,1986、2000、2009年不同土地利用类型下潇湘水源区耕地和未利用土地面积比逐渐增加,草地和林地面积比逐渐减少,这可能是导致2009年坡面径流深和径流深增加及实际蒸散减小的主要原因。     

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。     

河北省起伏地形下高分辨率地外太阳辐射空间分布

基于起伏地形下地外太阳辐射的计算模型,综合考虑天文关系和地理、地形因素,利用河北省1:5万地理信息数据计算出100m×100m分辨率逐日地外太阳辐射的空间分布,进而分析了逐月、各季和全年的地外太阳辐射空间分布特征。结果表明:河北省年地外太阳辐射分布受太阳高度角和地形影响明显,由北向南整体呈递增趋势;实际地形下四季地外太阳辐射的大小排序为夏季>春季>秋季>冬季;冬季地外太阳辐射受地理、地形因子影响最明显,尤其表现在山区,向阳山坡(偏南坡)可为背阴山坡(偏北坡)的2～3倍,极端地外太阳辐射的差异达10倍以上,夏季地外太阳辐射受地形影响最小,极端地外太阳辐射差异只有1.5倍。     

新安江模型自由水容量参数栅格化方法研究

针对新安江模型中自由水蓄水容量参数SM反映土壤重力水蓄水能力并对地面径流和地下径流的比重起决定性的作用,利用土地覆盖资料及DEM数据获取流域林地面积比与坡度信息在SM、林地面积比、坡度三变量问作回归分析,分别建立一元、二元线性回归方程,将计算获得的各栅格SM应用于栅格化新安江模型中获得了较好的模拟效果,为无资料地区参数的确定提供了可行的方法,具有一定的新意.     

TOPMODEL模型几个问题的研究

为了推动TOPMODEL的发展，为变化环境下水文循环模拟的研制开拓一些思路，概述了TOPMODEL模型的物理概念和基本方程推手，以板桥流域为例，探讨了不同分辨率DEM对地形指数计算的影响，绘制了单元流域计算流程图，同时比较了它与传统集总式模型和分布式水文模型的优缺点，指出TOPMODEL需要进一步研究改进的问题。     

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。     

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.     

基于DEM的分布式水文模拟模型及应用

选择太湖流域西苕溪水系为研究对象,以数字高程模型为基础,利用地理信息系统软件从DEM数据中提取研究区域的河网信息,将自动划分的子流域作为水文模型的最小计算单元,结合三水源新安江模型理论建立了基于DEM的分布式水文模拟模型并进行了应用.结果表明,所建模型适用于模拟湿润山区的降雨径流过程.     

基于DEM的流域地形地貌信息提取

为得到分布式水文模型所需要的参数,开发了程序进行流域信息提取,对得到的水系按水链进行编号,进而得到以水链为基础的子流域坡面.对水链坡降和长度、栅格坡度、子流域坡面坡度、流域地形指数等信息进行提取分析,为基于坡面的分布式水文模型的构建奠定了基础,具有理论意义及实用价值.     

Research of the gas-solid flow character based on the DEM method

Numerical simulation of gas-solid flow behaviors in a rectangular fluidized bed is carried out three dimensionally by the discrete element method (DEM). Euler method and Lagrange method are employed to deal with the gas phase and solid phase respectively. The collided force among particles, striking force between particle and wall, drag force, gravity, Magnus lift force and Saffman lift force are considered when establishing the mathematic models. Soft-sphere model is used to describe the collision of particles. In addition, the Euler method is also used for modeling the solid phase to compare with the results of DEM. The flow patterns, particle mean velocities, particles’ diffusion and pressure drop of the bed under typical operating conditions are obtained. The results show that the DEM method can describe the detailed information among particles, while the Euler-Euler method cannot capture the micro-scale character. No matter which method is used, the diffusion of particles increases with the increase of gas velocity. But the gathering and crushing of particles cannot be simulated, so the energy loss of particles’ collision cannot be calculated and the diffusion by using the Euler-Euler method is larger. In addition, it is shown by DEM method, with strengthening of the carrying capacity, more and more particles can be schlepped upward and the dense suspension upflow pattern can be formed. However, the results given by the Euler-Euler method are not consistent with the real situation.     

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。     

基于DEM的渭河大流域特征分块提取方法

受流域面积、DEM数据尺度、数据量和计算机性能的影响,无法直接整块提取大流域特征。对此,以渭河流域为研究区,基于DEM数据,依据坡面流模拟方法,使用ArcGIS软件中的水文分析工具,分块提取流域特征,再对提取的信息进行合并,衔接断裂河流和破碎的集水区,并通过拓扑处理,生成完整的流域数据。对比发现,提取的河网与实际河网较吻合,提取的流域面积精度较高,从而验证了该提取方法的可行性。     

双孔射流流化床内颗粒混合特性的离散单元法数值模拟

将计算流体力学与离散单元法相结合,采用Fortran语言编程,根据牛顿第三定律实现气固耦合,从微观角度剖析了颗粒在流化床内的运动机制.利用Lacey混合指数对流化床内不同特性区域的颗粒混合程度进行了定量分析,并研究了颗粒混合特性的影响因素,得到颗粒轴向和径向混合序列图、气体和颗粒速度分布以及整床和三区的颗粒混合指数分布.结果表明:颗粒受到空气射流作用后,随着混合和偏析的不断进行,最后达到随机完全混合状态;相同表观气速下颗粒轴向混合进程快于径向混合进程;表观气速增大,喷泉区尺度增大,使颗粒径向混合能力得到改善,但对轴向混合能力的影响微弱.