基于DEM的流域降雨径流模拟——以蒲石河流域山区为例

DEM是目前用于流域地形分析的主要数据,基于DEM的水文模拟技术,在流域地形分析及水系构建等方面已形成了比较成熟的算法,给传统的水文模拟技术带来了根本性的变化。以蒲石河流域山区为例,借助流域水文软件WMS,结合ARCVIEW和SURFER软件,计算了流域的面积、周长、坡度与形状因子等参数。在生成山区数字高程模型的基础上,采用WMS嵌入的HEC-1模型对一场降雨进行了降雨径流模拟研究。     

数字高程模型分辨率对流域地形特征参数的影响

地形特征(如高程和坡度)和水文特征(如河流长度和河流坡度)是分布式流域水文水质模型的基础输入参数,用于量化描述模型模拟流域的自然特征。这些特征参数的准确性直接影响水文水质过程模拟的准确性。应用数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)在4个不同地形的子流域研究了10种不同分辨率DEM对平均高程、流域面积、坡度、河流坡度、最长河长等参数的影响。结果表明,随着DEM分辨率降低,流域地形变缓,流域平均坡度逐渐减小;随着DEM网格分辨率的变化,子流域划分范围和河道位置也都可能发生变化,且该变化在地形起伏较小的丘陵平原地区较明显,子流域集水面积和河长进一步随之改变;河流坡度随DEM分辨率降低则呈无规则变化。从地形和水文参数两方面揭示了DEM 分辨率在分布式流域模型中的不确定性影响。     

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。     

流域地貌参数影响因子分析

在流域地貌特征提取中采用AGREE算法的关键技术,将水系形态特征融入数字高程模型形成水文数字高程模型。通过分析不同集水阈值(0.2km2、1km2、2km2、3km2、4km2、5km2)、不同比例尺(万分之一、5万分之一、25万分之一)、不同流域面积标准(0.2km2、1km2、2km2、3km2、4km2、5km2)下流域地貌参数,得出地貌参数的稳定性与河流分级有关,当河流级别达到5级时,参数不随比例尺、集水阈值、面积标准变化而变化。在缺资料地区洪水预报中,只要具备一定精度的地形数据及相应水系,即可满足流域地貌参数的获取。地貌瞬时单位线法相对较稳定,适用于无资料地区中小流域洪水预报。     

数字化流域及流域信息提取方法研究

介绍了基于数字高程模型(DEM)的流域信息提取方法,包括:DEM预处理,流向及集水面积的确定,水系的生成及子流域的划分方法以及流域面积、长度、坡度、坡向等信息的提取.并将这些方法应用于安徽境内的呈村流域,进行了实例验证,构建了数字化流域.     

抚仙湖流域地貌特征及其构造指示意义

以数字高程模型数据为基础, 运用ArcGIS软件平台, 从数字高程模型数据中提取抚仙湖流域内相对独立的61个亚流域, 其中34个位于小江断裂东侧的山地中, 另外27个位于小江断裂西侧的山地中; 然后计算每一个流域单元流域的面积、周长、河流总长、形状指数、平均坡度、相对高差以及高程-面积积分值和水系分支比, 划分流域等级等。通过对流域地貌参数以及高程-面积积分值和分支比等的特征参数的详细分析, 初步表明抚仙湖两侧水系和亚流域的发育具有东西分异的特征。这些特征指示了抚仙湖水系两侧晚新生代构造活动的差异性, 反映了小江断裂带东西两侧的不均衡抬升。小江断裂带的活动控制了抚仙湖流域晚新生代快速隆起, 滇中高原快速隆起以及小江构造带内部差异活动是造成抚仙湖流域东西差异特征地貌的主要原因。      

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。     

利用DEM提取流域水系时洼地与平地的处理方法

在利用数字高程模型(DEM)模拟坡面流提取流域水系特征过程中,对洼地和平地的处理是首先需要解决的关键问题。针对现有方法对复杂地形DEM中平地、洼地及其复合情形处理效率和效果的不佳,提出了洼地的分类与归并、有效填洼、平地的分类、基于出流代价的河谷平地排水流向构建等新的处理方法,并在开发的软件系统中得到实现。实验结果表明:采用该方法可对复杂洼地进行有效处理,构建的河谷平地水流流向在顾及周边地形的同时向可能形成的河道收敛,避免了平行河道、伪河道等奇异河道的产生,由此提取的流域水系与实际自然水系基本一致。     

基于GIS对新安江模型的改进初探

新安江模型能较好解决降雨时空分布问题,但忽略了其他分布不均的影响。流域汇流特征在很大程度上取决于流域形状特征和地形分布。提出一种方法,利用数字高程模型(DEM)划分子流域,提取各单元流域的平均坡度和最大汇流路径长度,以最大汇流路径长度推求形状系数,并将形状系数和平均坡度引入模型结构中,建立其与汇流参数之间的相关关系,使新安江模型能同时考虑降雨、流域形状以及地形分布。将改进后的模型应用于沿渡河流域进行验证,效果良好。     

数字地形分析技术在分布式水文建模中的应用

论述了在栅格数字高程模型（DEM）的基础上，利用数字地形分析技术来完成地形评价、河网指示、流域分割、子流域参数化等项工作的理论与方法。并结合江西潋水河流域的实际工作进行了详细的说明。研究结果表明，通过数字地形分析的方法，利用栅格DEM实现流域离散化并从中提取分布式水文模型所需要的输入参数是一种行之有效的手段。     

洮河水系流域地貌特征及其构造指示意义

通过数字高程模型(DEM)的空间分析技术,系统提取研究区洮河水系流域盆地典型的河流地貌参数,并利用活动造山带地区发育的基岩河道纵向剖面形态等典型参数,分析洮河水系流域盆地地貌发育不对称性特征及洮河在岷县流向的急剧转变成因。研究表明洮河上游南岸水系较北岸水系形状指数高、流域面积大、水系发育更成熟,下游东岸河流河长较短、流域面积小、形状指数低于西岸,西岸水系更发育,且上游流域要比下游河道平缓,水系的相对落差更低,发育更成熟,表明上游河道形成时间早于下游河道。临潭—宕昌断裂带的逆冲隆升作用是造成洮河上、下游水系形态差异的主要原因。岷县东侧山脉的快速隆起致使古洮河被截断,之后被东北侧河流溯源侵蚀,切穿西秦岭北缘构造带,进行河流袭夺,从而形成了现今的洮河。最后探讨了对青藏高原东北端晚新生代以来的构造响应。     

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.     

沿黄地区浅层淡水水源地傍河取水技术探讨——以新矿集团济阳矿井傍河取水水源地勘察为例

为开辟区域供水新途径,经过对沿黄地区供水勘察资料的分析研究,认为临黄靠渠区,浅层地下水水质较好。从黄河侧渗补给稳化的角度分析,具备了形成中小型供水水源地的条件,技术可行、经济便利,能够满足该区村镇生活及工矿企业用水需求,是缓解该区供水危机的新途径。     

The significance of morphometric analysis for obtaining groundwater potential zones in a structurally controlled terrain

Watershed development and management plans are more important for harnessing surface water and groundwater resources in arid and semi-arid regions. To prepare a comprehensive watershed development plan, it becomes necessary to understand the topography, erosion status and drainage patterns of the region. This study was undertaken to determine the drainage characteristics of Pageru River basin using topographical maps on a scale of 1:50,000. The total area of the Pageru River basin is 480 km². It was divided into X sub-basins for analysis. The drainage patterns of the basin are dendritic and include a sixth order stream. The quantitative analysis of various aspects of a river basin drainage network characteristics reveals complex morphometric attributes. The streams of lower orders mostly dominate the basin. The development of stream segments in the basin area is more or less affected by rainfall. The elongated shape of the basin is mainly due to the guiding effect of thrusting and faulting. The erosional processes of fluvial origin have been predominately influenced by the subsurface lithology of the basin.     

Prioritization of sub-watersheds for conservation measures in a semi arid watershed using remote sensing and GIS

Land and water resources development plans are generally adopted at watershed level. Delineation of watersheds and their prioritization within large river basins requires host of terrain parameters to be studied and analysed. Chopan watershed in Central India has been studied for sub-watershed delineation and prioritization based on drainage morphometry, land use/land cover and sediment yield index analysis using remote sensing and GIS techniques. The watershed was demarcated into five sub-watersheds on the basis of drainage flow directions, contour value, slope, elevation. Geocoded satellite data of 1989 and 2001 on 1:50 000 scale were visually interpreted to prepare land use/land cover and drainage maps which were later digitized using Arcview/ArcGIS. Linear and shape aspects of the sub-watersheds were computed and used for prioritization. The results show widespread variation in drainage characteristics, land cover changes and sediment yield rates across sub-watersheds. On the basis of morphometric, land use/land cover change and sediment yield index, sub-watersheds were grouped into low, medium and high priority. A correlation of results show that SW1 and SW5 are common sub-watersheds falling under high and low priority based on morphometric, land use change analysis and SYI. The priority list of sub-watersheds will be crucial for decision making and implementation of land and water resource conservation projects.     

东昆仑阿拉克湖地区第四纪水系演化过程及其趋势

根据第四系沉积物的沉积时代、沉积类型及盆山耦合与迁移规律,将东昆仑阿拉克湖地区第四纪水系变迁划分了4个阶段：早更新世小型内陆盆地无序水系阶段;中更新世冰川水系与东流水系阶段;晚更新世柴达木盆地内陆水系向南溯源侵蚀阶段;全新世黄河外泄水系形成与发展阶段。根据研究区及相邻地区黄河水系和柴达木盆地内陆水系的溯源侵蚀发展历史及趋势分析,认为研究区未来水系发展趋势不一定是加鲁河袭夺鄂陵湖、扎陵湖两湖及黄河水系,而可能是黄河加快下蚀作用和溯源侵蚀,鄂陵湖和扎陵湖将逐渐消失成为河流,黄河水系最终将袭夺柴达木内陆盆地水系。     

Automated extraction of watershed boundary and drainage network from SRTM and comparison with Survey of India toposheet

The recent development of digital representation has stimulated the development of automatic extraction of topographic and hydrologic information from digital elevation model input, using geographic information system (GIS) and hydrologic models that integrate multiple databases within a minimal time. The objective of this investigation is to compare the drainage extracted from Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) data with the drainage digitized from topographic data (1:50,000) and also to draw attention to the functions of an add-on tool in ArcGIS 9.2 (Arc Hydro v.2) of Kuttiyadi River basin. The analysis reveals that the watershed extracted from the SRTM digital elevation model (DEM) (90 m resolution) is having an area of 668 km² and that from toposheet is 676 km². The river mouth in the drainage network from the SRTM DEM is found to be shifted to the northern side from where it actually exists. The drainage network from SRTM DEM at stream threshold 15 (0.0002 % of maximum flow accumulation) is delivering best results than the other threshold value in comparison with the drainage pattern derived from toposheets. The study reveals the importance, reliability, and quaintness of drainage network and watershed derived from the SRTM using the Arc Hydro Tool, an extension for Environmental Systems Research Institute ArcGIS. The advantage of the Arc Hydro Tool is that it would help a novice with little GIS knowledge to run the model to obtain watershed and drainage network.     

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。