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。     

用流域蒸发差值法进行平原水网区径流还原的探讨

江苏省地处长江、淮河下游,地势平坦,河网密布,平原水网地区约占全省总面积的85％(包括湖泊、河网面积)。其水情与地形特点是: (1)河网湖荡密布,河流纵横交错,无一定的流域界限,难以拆算当地水与过境水。 (2)涵闸调蓄,机泵排灌,流域进、出水量转换频繁,难以率定地表水量的重复利用程度。 (3)上游来水控制,下游潮(湖)水顶     

河网水流智能模拟技术及应用

针对城市河网缺乏足够的实测资料和河网水动力学模型模拟速度慢的特点,提出将河网水动力学模型与遗传算法、神经网络方法结合,建立河网智能模型。模型中,利用河网水动力学模型提供神经网络所需的信息,遗传算法用于优化神经网络的初始权重。将该模型应用于上海市浦东新区河网中,智能模拟结果与经过实测资料验证的河网水动力学模型的模拟结果吻合较好,表明河网智能模型精度与水动力学模型接近。同时实时性较好,可用来预测河网水位变化特性,也为今后类似研究提供一种模拟技术。     

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...     

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。     

数字流域模型的河网编码方法

在数字流域模型中提出了一种基于二叉树理论,并以二元形式表示的河网编码方法。这种编码方法能够实现任意河段的直接定位和高效的拓扑关系运算。阐述了数字流域模型河网编码方法的主要思路和基本定义,给出了这种编码方法对河网拓扑关系的描述方式,并结合实例分析了其数值特征。给出了数字流域模型的河网编码中若干具体问题的算法。     

基于DEM的河流流域自动提取及其应用

利用数字高程模型DEM(Digital Elevation Models)直接提取河网及相关流域信息,是分布式水文模型开发与应用的基础。本文深入讨论了在GIS环境下,从DEM提取流域的基本原理和方法,并且以全中国流域为例,介绍了当前GIS在中国流域研究中的应用。     

GIS环境下基于 DEM流域水文地理信息的提取

以地理信息软件ArcGIS10.0为平台,基于数字高程模型(DEM),探讨其水文分析模块在流域提取、流域水系提取及河流分级的算法和原理。并以汀江流域为例,详述流域水文地理信息的提取方法和步骤,实现流域边界、流域水系的提取及河网的分级。结果表明：以流域面积为主要控制信息,提取的成果均能较好地吻合流域的实际情况,该方法具有操作简单、成果精度高、提取速度快等特点。流域水文地理信息的自动提取为流域水文设计提供了基础数据,具有重要的实际意义。     

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。     

Channel Network Tool-I的原理与功能

CNT-Ⅰ(ChannelNetworkTool-Ⅰ)是基于复合信息(数字高程模型和栅格化主干河网)自动提取流域地表水文特征的专用软件包。它利用主干河网的位置信息指导D8法单元网格水流模式的提取,弥补了现有工具软件使用的数据源单一带来的问题和不足,在平原区和洼地的处理上有了很大改善。CNT-Ⅰ专门针对配置一般的计算机设计,支持千万格点以上的各种分辨率的栅格数据,并内嵌了分辨率为30″的中国大陆DEM和相应的Ⅰ、Ⅱ级主干河网,且能以30″的整数倍输出任意区域的河网、流域边界、准三维渲染图,以及栅格的流向、坡度、汇流路径等数据,并能根据用户的要求度身定制,具有很强的实用性。介绍了该软件的原理和功能,并与同类型的商业软件进行了比较。     

基于未确知信息的环状河网水质数学模型研究

以圣维南方程组、对流扩散方程以及未确知信息理论为基础,建立了环状河网一维水动力与未确知水质数学模型。采用Preissman四点隐格式法对圣维南方程组进行离散和采用显式差分对对流扩散方程进行离散,对河网水动力与水质分别进行了合理的编码,并考虑了泵闸等控制工程、降雨径流的影响,采用河网的三级解法编制河网非恒定流的计算程序求解各断面的水位Z和流量Q,实现了水动力和水质两模块之间的数据连接,且对微分形式的水质模型运用未确知数学理论进行了含有两个未确知参数的水质计算,从而不仅能获得污染物浓度区间值,还能得到相应的可信度。实例研究表明,建立的河网水动力模型和未确知信息的水质模型是可靠的,可以用于河网水质治理工程的数值模拟研究和水环境评估。     

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.     

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。     

辽河流域径流过程模拟的空间尺度效应分析

针对分布式水文模型的尺度问题,在辽河流域,采用SWAT模型,研究不同DEM分辨率及不同子流域大小导致模拟结果的不确定性。研究结果表明:①DEM分辨率对流域平均高程、流域面积和子流域数量影响较小,而对流域平均坡度有显著的影响,因此径流模拟时需要进行坡度订正。对于河网提取,DEM分辨率为500m时提取的河网与基准河网吻合程度较高。②子流域面积过大,数量过少时,模拟结果与基准结果偏差较大,而在划分一定阈值波动范围内径流对子流域数量敏感性较低。     

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。     

Channel Network Tool-Ⅰ的原理与功能

CNT—Ⅰ(Channel Network Tool-Ⅰ)是基于复合信息(数字高程模型和栅格化主干河网)自动提取流域地表水文特征的专用软件包。它利用主干河网的位置信息指导D8法单元网格水流模式的提取。弥补了现有工具软件使用的数据源单一带来的问题和不足,在平原区和洼地的处理上有了很大改善。CNT-Ⅰ专门针对配置一般的计算机设计,支持千万格点以上的各种分辨率的栅格数据,并内嵌了分辨率为30”的中国大陆DEM和相应的Ⅰ、Ⅱ级主干河网,且能以30”的整数倍输出任意区域的河网、流域边界、准三维渲染图,以及栅格的流向、坡度、汇流路径等数据,并能根据用户的要求度身定制,具有很强的实用性。介绍了该软件的原理和功能,并与同类型的商业软件进行了比较。     

ArcGIS环境下基于DEM的水文特征提取——以县南沟流域为例

选取黄土高原典型的丘陵沟壑区——陕北安塞县县南沟流域作为研究对象,以2.5 m高分辨率DEM作为基础数据,应用ArcGIS软件进行流域水文特征提取,获取研究区汇流累积量、水流长度、河网等一系列水文特征信息,在DEM表面上还原水流的流动过程,完成水文分析。     

基于GIS/RS的流域水文过程分布式模拟——Ⅰ模型的原理与结构

面向流域水资源管理,提出了一个基于GIS/RS的流域分布式水文模型,模型主要包括单元水文模型与河网汇流模型两大部分。单元水文模型涉及到冠层截留、融雪、蒸散发、坡面流、非饱和土壤水运动和地下水出流等水文物理过程。产流计算考虑到地形坡度的影响采用基于地形指数的计算方法。汇流演算基于河网结构采用分段马斯京根方法。模型的大部分参数与输入信息可以利用GIS和RS技术获取,能够对气候变化和人类活动对下垫面的改变,做出快速的模拟与响应。     

基于SRTM的SNOW—TOPMODEL模型在玛纳斯河流域的应用

基于分辨率90m网格的玛河流域SRTM数据,提取了玛纳斯河流域的河网和地形指数,生成的河网与实际河网基本接近。将加入融雪模块TOPMODE应用于玛河流域,对模型计算结果进行误差评价并分析误差产生的原因。由玛纳斯河流域应用加入融雪模块的TOPMODEL模型可以看出,该模型在玛纳斯河流域有较好的适应性,可以将此模型应用于玛纳斯河流域的洪水预报。     

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。