基于DEM和高分辨率遥感影像的“膨胀-融合”式地表沟壑提取

地表沟壑的精细化提取是地形地貌特征的重要内容.针对现有沟壑提取结果中存在断裂区域和伪沟壑区域的情况,提出一种基于DEM和高分辨率遥感影像的地表沟壑“膨胀-融合”式提取方法.该方法综合了D8算法、坡向变率算法和面向对象分类方法的提取结果,首先引入距离制图算法对初始沟壑进行方向性膨胀,然后通过栅格重分类和代数运算进行沟壑融合,剔除伪沟壑区域,最终实现研究区域内沟壑的精细化提取.以GDEM v2数据和高分二号影像数据为数据源,精细化提取了湖北省神农架林区举黑沟至麻湾村一带的地表沟壑.采用随机点验证法对实验区域内的沟壑提取结果进行了精度评价,结果表明该方法的总体精度为92%,能有效弥合数据中的断裂区域,同时剔除伪沟壑区域,达到提高沟壑提取精度的目的.      

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。     

基于栅格DEM的多流向算法述评

基于栅格DEM的流向算法是数字地形分析的重要研究内容之一。在分布式水文模型、土壤侵蚀等领域中,当需要获取与流向直接相关的水文参数(如汇流面积、地形指数等)的详细空间分布时,多流向算法(MFD)明显优于单流向算法(SFD)。根据所采用的水流分配策略,将现有MFD分为四类:(1)固定水流分配权重的MFD;(2)水流分配权重随汇流面积变化的MFD;(3)水流分配权重随局域地形特征变化的MFD;(4)基于局域形态单元的MFD。从模型合理性、算法复杂度和易用性、对DEM误差的敏感性等方面进行的分析表明,水流分配权重随局域地形特征变化的MFD优于其他三类MFD。目前对MFD采用人造DEM数据集的直接定量评价研究还十分不足,文章以一个例子来体现直接定量评价MFD的可行性及有效性,同时也定量反映出水流分配权重随局域地形特征变化的MFD具有更低的计算误差。目前通用的针对流向算法的DEM洼地平区预处理算法多针对SFD而设计,不适合MFD的实际应用,本文对适用于MFD的DEM预处理算法所应具有的特征也进行了讨论。     

基于距离场的三维矿体模型与地表化探数据的关联关系分析——以红透山铜矿田为例

针对成矿定量预测强调三维空间信息的综合研究的特殊需求,以及定性与定量、二维与三维数据综合分析难等关键问题,本文提出了一种基于三维非均质空间的加权最短距离场算法,既可反映断层破碎带在成矿元素运移过程中的通道作用,亦可回溯出目标体元到源体元的最短路径。应用该方法开展了对红透山铜矿区的三维矿体模型在地表的距离场值与土壤地球化学测量数据的关联关系分析,发现已知和预测矿体共同的距离场与化探异常有更高的匹配性,间接证明了预测矿体的可靠性。该方法一定程度上解释了由矿体导致的地表化探异常,可以为化探、遥感等地表数据与三维地质数据模型进行综合分析及关联关系的提取提供借鉴。     

水流分配策略随下坡坡度变化的多流向算法

提出了一种新的多流向算法方法(MFD-fg),其基本思想是水流分配策略应在空间上随着与下坡坡度相关的地形参数而变,从而地形对水流分配的影响可以得到合理、有效的建模。比较分析表明,MFD-fg采用以最大下坡坡度的线性函数对水流分配进行加权,是较好的水流分配策略。应用实验表明,与目前具代表性的单流向算法与多流向算法相比,MFD-fg方法的结果可获得更合理的汇流面积。     

地下水从钻孔中流过引起钻孔强烈漏水的处理方法

我队的钻探工程由于地层复杂,破碎带多,几乎每一个钻孔都要穿过一至两个破碎带。并且破碎带的岩性很碎,例如流砂,透水性较强,经注水试验其透水系数3公尺3/24小时,对其两侧岩层的影响很大,破碎、裂隙很大,破碎带两侧的水都是流向破碎带的。而地下水又沿破碎带流向河床(如图1)。     

近十年淮南矿区地表热环境时空演变分析

地表温度是描述陆表过程和反映地表特征的重要参数。研究矿区地表温度的时空演变特征,对于理解煤矿开采活动对矿区生态环境的影响具有重要意义。淮南矿区是我国东部典型的高潜水位煤矿区,为了探究该区域地表温度的时空异质性与开采扰动的关系,利用2008—2018年5期Landsat影像进行地表温度的反演和下垫面信息提取,结合热力景观格局指数和城市热岛比例指数的计算,分析近十年来淮南矿区地表热环境的时空演变特征。结果表明:淮南矿区地表温度分布格局及其变化与下垫面结构及其变化密切相关。2008—2018年间,淮南矿区地表温度总体以中温区为主,其次是次低温和次高温区,高温区和低温区面积及其占比相对较低。由于城镇和矿井建设,以及煤矿开采产生的煤矸石堆积和开采沉陷积水,建设用地和水域面积不断增加,植被面积不断减少,相应的低温区、次高温和高温区增长,中温和次低温区减少,总体上城市热岛比例指数不断增加,热岛效应不断加剧;低温区斑块破碎度和复杂度不断减小,优势度不断增大。其他温度级斑块破碎度和复杂度,景观团聚程度和连通性,多样性和均匀度变化分为2008—2013、2013—2015和2015—2018三个阶段,其中2013—2015年人类干扰强度较大,斑块破碎度和复杂度增大,景观团聚程度和连通性,多样性和均匀度减小。研究成果为淮南矿区生态环境的恢复治理和城市产业规划提供了科学依据。      

中国地表覆盖异质性参数提取与分析

地表异质性广泛存在于陆地表面各个尺度,是地表参数遥感反演不确定性的主要来源之一。基于高分辨率地表分类参考图,提取出低分辨率混合像元的端元数量和边界长度指标来描述地表异质性。然后以中国地区为例,使用全国30 m空间分辨率Global Land 30地表分类数据集提取出1 km尺度像元的描述混合结构和破碎程度的异质性指标。并基于提取出的异质性指标分析了中国区域在1 km尺度上非均质地表地物类型的组合特征、斑块特征和不同生态群系内部异质性特征。发现山地和生态交错区是主要的高异质性区域,稀树草原生物群系内部异质性最大(平均边界长度为7 426 m),其次依次为森林(4 323 m)、耕地/草地(3 160 m)和灌丛(1 779 m)。     

基于边缘提取算法的岩层三角面产状半自动提取

岩层三角面的准确识别和快速检测是利用遥感技术获取地表地层产状信息的有效途径.提出了利用高分辨率卫星遥感立体像对,通过自动迭代调整高斯分布模型方差的Canny边缘检测算法实现岩层三角面半自动检测和地层产状快速提取方法.以南天山吐格尔明背斜为实验区,使用Worldview-2立体像对构建数字高程模型和0.5 m分辨率的数字正射影像,利用岩层三角面检测算法提取实验区的岩层三角面和产状.结果表明,提出的方法客观高效,提取准确率达到90.2%,能够准确反映构造趋势的变化,为复杂构造带的地表建模和构造分析提供依据.      

基于DEM的单窗算法及山区地表长波净辐射的计算

地表温度和长波净辐射是地表能量平衡中两个重要的能量项。首先对单窗算法应用于山区的可行性进行了分析,然后依据DEM和大气温度、湿度轮廓线对地表气温和湿度进行空间上的插值。在计算出每个像元上的气温值和湿度值基础上求算出单窗算法所需要的两个主要的大气参数分布图——大气平均作用温度分布图和大气透过率分布图,从而将单窗算法推广应用于地形起伏悬殊的山区,以计算各个高程上的地表温度。通过建立基于DEM的山地热辐射传输模型,计算每个像元来自于周围地形的热辐射分量,引用大气向下长波辐射公式计算其分量,并依据长波辐射平衡方程计算山区各个像元的长波净辐射。     

Assessing impact of urban impervious surface on watershed hydrology using distributed object-oriented simulation and spatial regression

In this study, we investigated the relationship between watershed characteristics and hydrology using high spatial resolution impervious surface area (ISA), hydrologic simulations and spatial regression. We selected 20 watersheds at HUC 12 level with different degrees of urbanization and performed hydrologic simulation using a distributed object-oriented rainfall and runoff simulation model. We extracted the discharge per area and ratio of runoff to base flow from simulation results and used them as indicators of hydrology pattern. We derived percentage of ISA, distance from ISA to streams, and stream density as the watershed characteristics to evaluate the relationship with hydrology pattern in watersheds using ordinary least square, spatial error and spatial lag regression models. The comparison indicates that spatial lag regression model can achieve better performance for the evaluation of relationship between ratio of runoff to base flow and watershed characteristics, and that three models provide similar performance for the evaluation of relationship between discharge per area and watershed characteristics. The results from regression analyses demonstrate that ISA plays an important role in watershed hydrology. Ignorance of spatial dependence in analyses will likely cause inaccurate evaluation for relationship between ISA and watershed hydrology. The hydrologic model, regression methods and relationships between watershed characteristics and hydrology pattern provide important tools and information for decision makers to evaluate the effect of different scenarios in land management.     

基于主成分分析的FCM法在泥石流分类中的应用

选取流域面积、最大高差等12个传统泥石流沟评价因素和圆度、平均长度等4个沟谷形态统计要素对泥石流性质进行评价;利用主成分分析法对分析因素进行降维,将16个分析因素降维形成线性无关的6个主成分,大大减小了分析的复杂性,并且证明了考虑沟谷形态统计要素的必要性;并利用FCM法(模糊C-均值聚类法)对研究区域27条泥石流沟进行分类,把泥石流沟分为3类。结合分类结果及现场调查,证明分类结果与现场的实际情况吻合较好,并针对不同的分类提出泥石流防护措施的建议。     

A GIS-based approach for gully erosion susceptibility modelling using bivariate statistics methods in the Ourika watershed,Morocco

Gully erosion is an important environmental issue with severe impacts. This study aimed to characterize gully erosion susceptibility and assess the capability of information value (InfVal) and frequency ratio (FR) models for its spatial prediction in Ourika watershed of the High Atlas region of Morocco. These two bivariate statistical methods have been used for gully erosion susceptibility mapping by comparing each data layer of causative factor to the existing gully distribution. Weights to the gully causative factors are assigned based on gully density. Gullies have been mapped through field surveys and Google earth high-resolution images. Lithofacies, land use, slope gradient, length-slope, aspect, stream power index, topographical wetness index and plan curvature were considered predisposing factors to gullying. The digitized gullies were randomly split into two parts. Sixty-five percent (65%) of the mapped gullies were randomly selected as training set to build gully susceptibility models, while the remaining 35% cases were used as validation set for the models’ validation. The results showed that barren and sparse vegetation lands and slope gradient above 50% were very susceptible to gully erosion. The ROC curve was used for testing the accuracy of the mentioned models. The analysis confirms that the FR model (AUC 80.61%) shows a better accuracy than InfVal model (AUC 52.07%). The performance of the gully erosion susceptibility map constructed by FR model is greater than that of the map produced by InfVal model. The findings proved that GIS-based bivariate statistical methods such as frequency ratio model could be successfully applied in gully susceptibility mapping in Morocco mountainous regions and in other similar environments. The produced susceptibility map represents a useful tool for sustainable planning, conservation and protection of land from gully processes.     

影响嘉陵江流域水土流失的驱动力因素分析——以岷县境内燕子河流域为例

以长江流域支流燕子河流域为例,选取了坡耕地面积比、垦殖指数、植被覆盖率、农业人口密度、农业总产值、农业人均产粮、农业人均年收入和沟壑密度等8个指标来表征影响区域水土流失状况的驱动力因素。运用灰色系统分析法确定了各个指标因子的关联程度,并根据综合干扰度进行了水土流失生态分区。     

基于小流域的地震扰动区降雨型滑坡泥石流危险性评价方法

地震扰动区存在大量震裂松散坡体,在持续或者密集的降雨条件下极易转化为滑坡灾害。同时,滑坡又会给泥石流提供大量松散固体物质,增加泥石流的危险性。因此,在震区,灾害通常以"链"的形式出现,比单一灾种危害性大。为了更有效地对地质灾害危险性进行评价,笔者将滑坡、泥石流作为灾害链,综合地加以分析和研究。选择5·12汶川大地震中受灾严重的都江堰市白沙河流域的17条泥石流沟作为研究区,建立滑坡-泥石流危险性评价耦合模型,研究24 h不同降雨量条件下小流域滑坡泥石流危险性的变化。耦合模型包括了坡体稳定性评价模型,水文模型及以泥石流规模、发生频率、流域面积、主沟长度、流域高差、切割密度、不稳定斜坡比为评价因子的泥石流危险性评价统计模型。研究结果表明:随着降雨量的增大,参与泥石流活动的松散物质方量持续增加,但当24 h降雨量超过200 mm后,泥石流沟的危险度等级不再发生变化;17条泥石流沟中4条为中危险度,12条为高危险度,1条为极高危险度。这说明研究区地质灾害问题相当严峻,在多雨季节存在泥石流群发的可能性,直接威胁到居住在泥石流沟附近的人民群众生命财产安全;因此,对于有直接危害对象的高危险度及其以上的泥石流沟,应该按照高等级设防标准进行工程治理及发布预警报。同时也说明,将滑坡、泥石流作为灾害链研究具必要性和可行性。     

典型岩溶湖泊湿地流域景观格局动态变化及趋势预测

岩溶湖泊湿地流域作为景观格局变化的热点研究区域,探讨景观格局动态变化及预测趋势,为岩溶流域生态安全研究提供科学依据。应用遥感与地理信息系统技术,结合普者黑岩溶湖泊湿地流域实际情况,分别对该地区1990、1995、2000、2005、2010、2015 年6 期遥感影像进行分类、解译,系统地获取地区景观格局状况,分析动态变化特征,并运用CA-Markov 模型对未来湿地景观格局进行模拟预测。结果表明:1990?2015年普者黑岩溶湿地流域景观格局随时间变化显著,景观破碎化程度总体呈现增加趋势,斑块数（NP）从861增加到889,景观类型的优势斑块面积在逐渐增加,而多样性指数从1.064下降到0.966;2020?2030年普者黑岩溶湿地流域建筑用地、农地和湿地景观类型面积在增加,农地和林地在减少,其中,较为突出的是建筑用地占有率由2.79%上升到2.97%,农地占有率60.12%增加到60.74%,湿地占有率6.67%上升7.02%,而林地占有率由26.70%下降到26.40%。景观格局进行预测可以发现湿地面积、建筑用地面积和农地变化幅度最大,本文相关研究和预测结果可为普者黑流域生态保护提供一定的建议和参考。      

四川西昌“3·30”火烧区响水沟火后泥石流成灾机理

2020年3月30日,西昌市经久乡发生森林大火,响水沟流域植被被林火大面积烧毁,同年雨季,响水沟流域内多条沟道暴发泥石流,其中1#、2#、3#沟毗邻居民房屋和耕地,影响较为严重。通过野外调查、遥感解译和室外试验,以响水沟1#、2#、3#沟为研究对象,分析了不同林火烈度下,渗透特征、坡面侵蚀和沟道侵蚀的差异,从而揭示响水沟火后泥石流的成灾机理。结果表明,林火是泥石流暴发的重要诱因,火后泥石流的降雨阈值会明显降低。林火干扰导致坡面土壤的渗透系数表现出不同程度的降低,林火烈度越严重的区域,渗透系数越小,降雨更大比例地转化为坡面径流参与到坡面侵蚀。随降雨次数的增多,轻度、中度、重度火烧区域的坡面土壤侵蚀深度均增加;中度、重度林火烈度的侵蚀深度差异不大,且明显高于轻度区域,说明当林火烈度达到中度时,坡面土壤便会受到较大程度的侵蚀。地形条件相似的沟道,林火烈度越严重,泥石流侵蚀能力越强,最终体现于沟道两岸崩滑体数量越多,沟道宽度和深度越大。     

甘肃省白龙江流域降雨型潜在泥石流危险性预报模型

【研究目的】泥石流灾害是白龙江流域分布广泛并常引起群死群伤的重大地质灾害,准确评价泥石流活动规模及其危险度,是泥石流危险性预警预报的前提,合理构建危险性预报模型是泥石流防灾减灾的关键。【研究方法】本文以研究区历史泥石流案例和对应降雨资料为基础数据,采用统计分析方法,通过分析形成泥石流关键地质环境条件及其相互关系,构建了白龙江流域潜在泥石流危险度定量评价模型,提出了两类泥石流危险级别临界判别模式。【研究结果】结果表明：（1）以泥石流活动规模、沟床平均比降、流域切割密度、不稳定沟床比例为判断因子的泥石流危险度动态定量计算模型,能快速准确预测未来不同工程情景和降雨频率工况下泥石流危险度;（2）影响降雨型泥石流发生的地形条件由流域面积、10°~40°斜坡坡度面积比、沟床平均纵比降等组成,降雨条件主要由泥石流爆发前的24 h累积降雨量、触发泥石流1 h降雨量或10 min降雨量等组成;（3）依据30条典型泥石流沟危险度计算结果,获得泥石流危险性临界判别值,提出了降雨型潜在泥石流危险性1 h预报模型（Ⅰ类）和10 min预报模型（Ⅱ类）,其中Ⅰ类模型高危险度以上泥石流预测精度大于87.5%,Ⅱ类模型中等危险度以上泥石流预测精度大于80%,而两类预报模型验证准确率为83.3%。【结论】研究成果为泥石流精准预警预报提供了技术支撑,对建立中小尺度泥石流实时化预警系统具有一定参考意义。创新点：通过确定与泥石流相对应关键地质环境因子,构建了泥石流危险度动态定量评价模型,依据泥石流危险性1 h和10 min临界判别模式可准确实现潜在泥石流预警预报。     

基于地图代数的数字地表流线模拟研究

降雨在地表上随地形流动自然形成沟谷线、汇流区、分水岭等流域形态,研究地表流水线的数字模拟对数字流域水文分析具有重要意义.提出数字地表流线模型的概念,只考虑地形因素,利用等高线图建立一个能获得区域内每滴雨水沿地表流动的轨迹模型.并运用地图代数的距离变换对等高线及所在空间进行全方位的距离度量,研究了数字地表流线模型的建立方法.实验表明,该模型利用距离变换信息而不是高程计算流向,可避免DEM高程误差对流向、流线的影响,且不需要在DEM上进行复杂的洼地、平地的识别与处理.该模型对原始数据要求不高,能有效应用于沟谷线的自动提取、汇流区自动分割和分水线网络的自动提取.