数字高程模型在流域水系拓扑结构计算中的应用

简要回顾了利用数字高程模型自动提取流域水系的方法,着重介绍了Martz和Garbrecht开发的数字高程流域水系模型(DEDNM)的基本原理、模型结构、计算流程,包括数字高程模型中凹陷区域的识别和消除、平坦部位水流流向设定、流域分水线勾划、河网生成、河网与子流域编码及河网结构拓扑关系的建立,并将其应用于淮河史灌河流域--全球能量与水分循环亚洲季风试验强化观测区。结果表明该模型能够很好地自动生成流域水系,从而为分布式水文模型的开发研制提供了坚实的基础。     

数字高程模型在流域水文模型应用中的若干问题

数字高程模型(DEM)在流域水文模型中得到了广泛应用,主要是因为DEM能够自动提取流域水文模型所需要的确定流域排水结构的水文信息。回顾并讨论了DEM在流域水文模型应用中的几个问题,主要包括河网自动提取的方法、DEM中排水方向的确定以及封闭洼地的处理,同时还包括在流域水文模型中应用时DEM的结构类型及尺度问题。由于由DEM生成的模拟河网与流域实际河网间存在一定的差别,最后还讨论了如何对模拟河网进行矫正的问题。     

基于ArcGIS的DEM流域划分

从数字高程模型DEM(Digit Elevation Models)直接提取河网及流域信息,是分布式水文模型开发与应用的基础.本文利用ArcGIS中的水文分析工具从DEM中提取了流域水文特征.主要包括:DEM的预处理、水流方向的确定、水流累积量提取、河网的提取、集水区的提取和流域的划分.本文探讨了两种不同划分流域的方法...     

基于DEM与实测河网的流域编码方法

借助于GIS技术对大流域进行划分与编码.修正实测河道上部分栅格单元的高程,以避免大面积“伪洼地”的出现,从修正后的栅格型数字高程模型(DEM)提取出与实测河网比较一致的模拟河网.提取出模拟河网后,再进行河网的编码,以及流域的划分与编码.提出了一种对Pfafstetter规则的改进方法,并且按照改进后的Pfafstetter规则来对河网与流域进行编码.所有编码工作是由本次研究中专门编制的程序来自动完成.将提出的方法应用于黄河流域,将整个黄河流域划分为8 255个子流域并赋予了Pfafstetter编码.     

水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用

水文网络模型是地理信息系统对流域实际河网水系的一种规范化描述,它采用拓扑关系来确定流域水流的空间聚合与分散。准确地描述水文网络对成功模拟流域水流的空间分布起着至关重要的作用。水文网络数据模型的关键在于如何表达水文网络的构成要素,以及如何建立要素间的拓扑关系。本文重点阐述了水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用。实例研究证明,采用水文网络模型来表达流域河网水系结构有助于准确地模拟流域上水流的空间与时间分布。     

基于DEM的流域特征提取综述

回顾了自DEM出现以来它在流域特征提取方面的应用和发展,论述和比较了提取流域特征的各种方法。包括确定流向的单流向法（D8法、Rho8法、Lea方法、DEMON法以及 D∞法）和多流向法;提取河网的识别谷点法和基于流向提取河网的方法;提取河网过程中洼地和平原区的流向确定、河网提取的方法;划分子流域和提取流域边界线的方法;计算分布式子流域特征的方法,其中重点论述了子流域长度和坡度的计算方法,以及提取控制点所控制的排水区的方法。     

基于MapGIS二次开发实现矢量河网拓扑关系的自动编码与统计

为使河网中河段的直接定位和拓扑关系更加直观,提出直接对矢量河网进行继承式编码的思想,首先通过基于节点大小平衡二叉树的最小代价路径搜索算法完成对DEM数据的填洼处理,并将修正后的矢量河网与DEM进行叠置分析;然后基于Horton-Strahler分级和Shreve-Smart分级方法设计河网拓扑继承式编码算法,解决多河道汇集,河道分叉及汇流分叉等复杂河段难以编码的问题,并通过MapGIS二次开发实现对河网拓扑关系的自动编码与参数统计。通过对实验区的矢量河网进行编码测试,从而验证了算法的可行性以及编码的合理性。     

黑河上游高寒山区集水面积阈值确定方法探讨

针对我国高寒山区河流的最佳集水面积阈值确定的问题, 选取黑河上游山区为研究区, 利用SWAT(soil and water assessment tool)模型的流域离散模块(watershed delineator)基于DEM提取河网, 探讨河网总长度与集水面积阈值关系曲线法和适度指数法在高寒山区的适用性. 结果表明: 两种方法所对应的最佳集水面积阈值相差较大, 所提取的河网难以反映河流真实情况, 效果较差, 主要原因是上述方法仅考虑流域面积、地形和几何特征的影响, 缺乏对降水和其他下垫面因子的综合考虑. 相较而言, 利用蓝线河网推求最佳集水面积的适度指数法的效果较好. 在高寒山区进行河网提取时, 应综合考虑影响河网发育的各个因素, 在流域分区的基础上, 通过不同集水面积阈值实验, 获取更高精度的数字河网, 改善分布式水文模型的空间离散效果.     

基于GIS和DEM的乌江流域地表水文模拟

基于GIS和DEM的流域地表水文模拟可为分布式水文模型提供下垫面数据输入.本文采用内嵌于ArcGIS的地表水文分析工具Arc Hydro Tools,结合ArcGIS及其扩展模块Spatial Analyst,以贵州省内乌江流域为例,进行了流域水文模拟分析.运用Arc Hydro Tools进行地表水文模拟分析,主要包括以下4个流程DEM的预处理、水流方向的确定、汇流栅格图的生成、自动提取河网和子流域边界.试验结果表明,提取河网的空间分布接近实际分布情况,数字流域界线的确定与水文部门基本相符.     

通用河网二维水流模拟模式研究

通过对流域河网二维水流模拟问题的分析,提出了一个通用化的河网二维模拟概化模式,该模式将河网二维概化为"树状"河道计算单元、"环状"河道计算单元、"十字型"河道计算单元等河网二维基本单元,对这些河道计算单元的求解,构建流域型河网一二维耦合模式的求解模型,并由此建立了通用化的河网二维水流数学模型软件系统。通过"树状"河道二维计算单元求解模型的推导与实现,验证了概化模式的可行性,表明该思路可以应用于大型流域河网一、二维水流模拟,具有很好的应用推广价值。     

动态链表在提取数字流域排水结构中的应用研究

本文具体介绍了一种结合DEM和实际数字河网确定流域排水结构的方法。该方法引入了链表的概念,在利用流域实际数字河网从流域的出口向上游搜索的过程中,对于湖泊水库等宽度大于一个栅格的河网地区建立链表,通过图的遍历来确定有河网流过的栅格的水流方向。并对无河网地区进行相应处理,保证无河网地区流向的合理性。这样提取的河网可以保证是连续的,提取的模拟河网与实际河网的吻合显示出了高度的一致,并在一定程度上解决了实际洼地和伪洼地的判别。经过黄河流域的算例验证,表明该法简单可行。     

基于等高线的水系沉积物采样点自动布设方法

以往水系的勾绘、采样点位的布设工作均由人工在地形底图上手工完成,工作量大,且影响化探工作进度。通过规则网格的数字高程模型生成水系网,实现了精确度较高的水系网提取算法。该算法先按照水系级别和水系长度进行样点初布,然后检测样点的数量及密度是否达到要求,再根据布样要求进行样点的补充与修改,据此研究水系沉积物采样自动化布置方法,实现基于等高线的水系沉积物采样点的自动布设,提高了化探采样工作效率。     

珠江三角洲地区水文站网布设及水文测验的分析研究

水系复杂的珠江三角洲河网地区具有独特的水文站网布设及水文测验方法。在分析研究目前站网及测验存在的主要问题的同时，对今后的站网建设及测验工作提出了几点有益的建议，将为研究该区的水文规律和特性，为防汛抗旱、治理和开发提供科学依据。     

地层的自动分级对比技术

地层缺失和厚度不等是基于测井数据进行井间地层自动对比中需要解决的关键问题。融合聚类分析和动态波形匹配技术进行地层自动分级对比可以解决上述问题。利用聚类分析划分不同级别的层段。在高级别层段划分结果控制下 ,计算两井任何两个次级层段的累计最小“匹配代价” ,再反向追踪找出最佳匹配路径 ,从而获得最优的地层对比结果。利用这种动态波形匹配技术进行全局地层对比 ,使地层对比的可靠性增加。     

矿区疏干地下水三维流与二维流对比研究

分别从解析解、数值解和电网络三个方面,对三维流和二维流模型求解方法和结果进行了理论分析和对比,讨论了在参数拟合、水量水位预测方面的差别及处理对策。最后给出元宝山露天煤矿疏干排水三维流模型与二维流模型的计算实例及分析,并提出了矿区大降深、大流量疏排地下水属明显的三维流过程,必需用三维流模型进行模拟计算。      

Sewer model development under minimum data requirements

Planning, design and operation of urban drainage systems is often based on hydraulic sewer modelling. Sewer models are also increasingly used to quantify pollution loads discharged to aquatic ecosystems (e.g. via combined sewer overflows), which ultimately allows an estimation of the ecological impact emanating from urban drainage systems. The establishment of such network models, however, requires detailed and accurate information about the sewer network structure and the connected surface area. This infrastructure data is often unavailable, confidential or available in ‘paper’ format only. The present paper outlines a novel approach to develop a hydraulic sewer model constrained by a minimum amount of data. The approach combines the application of a surface flow accumulation algorithm to a selectively manipulated Digital Elevation Model (DEM) with a routine for hydraulic network dimensioning to generate a close-to-reality sewer network ready to be implemented in a hydraulic modelling platform. The method is tested for three real-life catchments of which characteristics vary in scale, topography, state of development and network complexity. For all cases the generated network is implemented on the EPA-SWMM platform to allow hydrodynamic simulations. Model performance is assessed by (1) evaluating the spatial match of existing and generated network layout, (2) comparing the estimated hydraulic dimension with real-life infrastructure data and (3) benchmarking simulated runoff with measured data for a defined validation period. The analysis shows that the presented method is capable of reproducing the original network layout, network length and corresponding discharge rates based on little, freely available information. Further research potential is identified to improve the hydraulic dimensioning and the application to complex systems that include control structures. The presented approach is useful to estimate the scope of drainage networks including layout and design (e.g. for preliminary planning in emerging areas) to screen existing networks and to identify critical spots where more precise information is required.     

三峡库区大石板滑坡区排水系统效果评估

结合三峡库区大石板滑坡工程实例 ,以连续 36天的降雨过程为条件 ,利用已有的地下水位观测资料 ,采用人工神经网络方法预测滑坡内地下水位在排水工程实施前后的变化 ,以此作为非饱和饱和非衡定地下渗流计算的特定水头边界。根据计算的地下水位进行滑坡稳定性分析 ,结合稳定分析成果对排水系统工程的效果进行评价。结果表明 ,地下排水工程的实施可较大幅度地提高滑坡的稳定性。     

井间断裂构造的计算机分析方法

井间断裂构造分析是根据测井资料,以地层分层数据为基础,利用计算机技术实现井间断裂分析的一种计算机自动分析方法.动态波形匹配算法能够很好地建立井间地层之间的对比关系,可以通过曲线拟合、特征提取、匹配代价计算等步骤,自动绘制井间地层对比的路径图解.通过对各种构造的路径图分析,总结出正断层、逆断层、不整合、同沉积断层、犁式断层和地层尖灭等34种情况下的路径图模式,提出路径图模式及相关概念.