流域水系自动提取在西苕溪流域的应用

论述了如何基于栅格DEM自动提取流域自然水系的原理、方法和流程.以西苕溪中上游流域为例,根据DEM精度、上游集水区面积阈值和下垫面地形的不同,对所提取水系进行了比较.针对在平均地形坡度小于3°的平坦区域所提取水系与实际河网偏差较大的问题,提出了利用主干河道和平原水系数字化作为约束条件生成河网的新方法.     

大尺度分布式水文模型数字流域 提取方法研究

构建大尺度分布式水文模型是当前大气水文模型耦合研究的一项重要内容。本文介绍一 种根据1km DEM 生成更大网格尺度DEM 数据, 同时可以保持流域河网信息并减缓高程、坡度 等地貌参数信息量衰减速度的有效方法———ZB算法。利用该方法和常规的网格平均法生成黄河 唐乃亥以上流域的5km、10km、15km 和20km 两套DEM 数据, 分别提取高程、坡度、地形指数、河 网密度、主河道长度、流域面积等流域特征参数, 并与1km DEM 提取的上述参数进行比较, 对两 种方法作出评价。结果显示, 随着网格尺度的增大, ZB 算法获得的DEM 数据可以保持河网的连 续性, 提取出合理的流域范围, 减缓地形信息量的衰减速度。该方法满足构建大尺度分布式水文 模型提取数字流域的需要。     

基于DEM的数字流域特征提取研究进展

数字高程模型(DEM)是地表形态高程属性的数字化表达,利用流域DEM数据构建数字水系模型并提取流域水文特征,是分布式水文过程模拟的重要基础。DEM中闭合洼地和平坦区域的处理、流向的确定以及DEM分辨率的大小都直接影响着流域水系特征提取的质量与效率。针对当前基于DEM提取河网与流域特征的诸多问题,阐述了DEM数据提取流域水系特征的原理,回顾了数字水系模型与流域特征提取方法,评述了洼地和平地的处理方法及水流方向的确定方法的研究进展,介绍了当前基于不同DEM数据类型的提取方法研究,探讨了DEM尺度和分辨率对提取流域特征的影响,总结了平缓区域数字水系和河网提取的研究进展。     

水平分辨率对DEM流域特征提取的影响

选取石质山地与黄土丘陵过渡区宛川河流域作为研究区,利用1∶5万、水平分辨率10~100 m栅格DEM提取流域特征参数进行分析。结果表明:DEM水平分辨率对数字河网的提取精度有影响,提取的流域面积差别很小,河流长度、河道总长、河道坡度以及河网密度有偏差,流域平均坡度变化明显,长度和坡度特征参数的变化导致流域汇流时间及滞时不一致。     

不同比例尺水系修正DEM的流域河网提取对比

选取三门峡至小浪底区间小流域为研究对象,以1∶5万和1∶25万两种尺度的数字化水系分别修正DEM,在此基础上运用ArcGIS水文分析模块(ArcHydro Tools)进行流域河网提取。研究表明,基于水系修正的DEM和ArcGIS水文分析模块提取的流域河网精度较高,1∶5万水系修正DEM得到的河网更接近自然水系;通过对两种水系修正DEM生成的河网套合差计算发现,二者河网吻合程度较好,在DEM数据精度较高或者地形起伏较大的地区,如果没有更高精度的水系数据,1∶25万水系可取代1∶5万水系用于修正DEM。     

融合多源数字信息的流域水系提取方法研究

由于DEM数据不包括河流、湖泊(水库)及流域边界和堤坝等信息,因此常规仅依靠DEM提取水系的方法不能反映平坦区域及受人类影响强烈区域水系的真实特征。该文建立了融合DEM、河流、湖泊水库、流域边界和堤坝等多源数字信息的流域水系提取方法,对多源信息进行栅格化,采用所提出的高程-距离函数对DEM进行校正,使得提取的数字水系与实际水系精确拟合。将该方法应用于山区太湖西苕溪流域老石坎水库及其上游集水区和平原丘陵分布区的淮河史灌河蒋家集站、梅山、鲇鱼山水库区间流域,提取的河网结构与地图信息拟合较好。     

基于MERIT DEM 和DRT升尺度化算法的多分辨率全国河网数据集构建

相对较粗空间分辨率(1 km)的水文网络或水文地理数据集是大尺度水文及陆面过程模型的基本输入数据,需要从数字高程模型中提取高分辨率河网并通过升尺度化获取。MERIT DEM是消除了复合误差的新版全球高分辨率(90 m)数字高程模型,提取的高分辨率河网信息更为精准。DRT是当前国际水文领域常用的高效河网自动升尺度化算法之一,可将高分辨率河网的结构特性完好地输出到粗分辨率河网。该文选取MERIT DEM的中国部分作为数据源,通过DRT升尺度化算法获取全国1°、1/2°、1/4°、1/8°、1/10°、1/16°分辨率的河网数据(流向、河网、流域面积、流距),并采用目视检验、流域面积一致性检验、流距评估等方法综合验证了DRT升尺度数据集的质量。结果表明,DRT算法性能优越,生产的大尺度数据集准确地保护了河道位置、流动方向和流域面积等在高分辨率DEM中描绘的水文特征,将有效降低我国境内流域水文模拟中由水文地形参数化引起的不确定性。     

基于DEM的复杂地形流域特征提取

利用流域数字高程模型(DEM)构建数字水系模型并提取流域水系特征是分布式水文过程模拟的重要前提。提出了面向分布式水文过程模拟和流域特征提取的数字水系模型,并针对现有方法对复杂地形DEM中含有的平地、洼地及其嵌套情形的处理不足,提出了栅格水流分类、填洼分类与归并及有效填平处理、河谷平地的出流代价法构建栅格流向和流序等新的处理方法,并在开发的软件系统得到实现。使用该方法创建的黄土岭流域数字水系模型和提取的水系等流域特征结果表明:本文方法可有效应对复杂地形流域的处理,提取的流域水系特征与实际自然水系比较吻合,能够有效地消除现有方法在地形平坦区域容易产生的平行河道、奇异河道、河道变形等不足。     

基于DEM的洪泛平原湿地数字水系提取研究

为了研究探索洪泛平原湿地区域基于DEM的地表水要素数字特征,采用ArcGIS9.0的Hydro Arc Tools模块,配合改进升值裂开算法编制的程序在三江平原洪河保护区1:1万比例尺的DEM基础上进行了数字水系提取研究,将研究区划分为6个数字集水区,提取出以沃绿兰河-浓江河为主的数字河网,以及大小82处泡沼和洼地。研究表明,在保持高精度DEM前提下,数字地表水系统可以通过基于DEM自动提取出来,但是存在河道偏移以及河网形态失真等问题,需要在进行数字提取前后进行多次修正。在DEM数字高程预处理过程中保持高程信息的水文特征不丢失,以及发展专业处理平坦区域和低洼地域的有效算法,将是进一步提高洪泛平原湿地区域数字水系提取效率和精度的关键。     

基于不同DEM数据源的数字河网提取对比分析——以韩江流域为例

基于HYDRO1K、SRTM3和ASTER GDEM三种DEM数据,利用BTOPMC地形子模型提取韩江流域河网,并作对比分析。结果表明:①SRTM3提取的河网精度最高,HYDRO1K相对最低。②DEM的垂直精度对提取的河网精度起控制作用。ASTER GDEM的水平分辨率较高,但垂直精度不如SRTM3,因而提取的河网精度不如SRTM3。③HYDRO1K提取大尺度流域河网具有一定的精度,但在地势平坦区域的效果较差,HY-DRO1K不宜用来提取小尺度流域河网。④由DEM提取的数字河网精度与当地的地面坡度以及处理DEM的填洼算法有关。     

坡耕地增长对沟谷发育的影响——以四川西昌大箐梁子为例

为了研究近50 a来土壤加速侵蚀的状况和原因,收集了四川西昌大箐梁子1957年、1979年、2000年航空影像,应用立体像对获取高程信息生成DEM,并利用DEM纠正航片获取正射影像。同时,利用三期正射影像获取土地利用变化和沟谷变化信息,通过野外调查与验证,分析了沟谷形成、发育特点及与坡耕地增长的密切关系。研究表明,西昌大箐梁子沟谷发育,到1957年已形成部分稳定或半稳定冲沟,1970年代后期,大量草地被开垦为耕地,且多为坡耕地,土壤抗蚀能力降低,土壤侵蚀由此加剧,沟蚀增强,人为加速了沟谷侵蚀的发育。     

城市化进程中平原河网地区河流结构特征及其分类方法探讨

平原河网地区河流结构发育受到自然条件和城市化的双重影响。依据遥感解译数据,围绕城市化水平、河流形态、河流结构和河流调蓄功能四个维度,就建成区面积比例、河流长宽分布、河系分维、河流调蓄能力等具体指标,分析了城市化水平和土地利用特征不同区域的河流空间形态、结构特征和功能状态,探讨了城市化进程中平原河网地区河流结构的可能演化轨迹,尝试建立了城市化影响下平原河网地区河流结构分类方法,提出了城市河流综合整治过程中应充分重视保护自然河流结构,注重发挥河流综合功能等观点。     

基于DEM 的数字降水径流模型在黄河小花间的应用

DEM是目前用于流域地形分析的主要数据，在流域地形分析及水质构建等方面形成了比较成熟的算法，基于DEM的水文模拟技术的应用给传统的水文模拟方法带来了根本性的变化，基于栅格型DEM，应用最新引进的WMS专业水文处理软件，结合Arc/info、Areview地理信息系统工具，以黄河小花间（小浪底-花园口区间）卢氏以上流域作为研究区，进行了数字降水径流模型的应用研究。     

长江下游地区过江通道发展利用与“时空压缩”的演变特征

长期以来过江通道供需矛盾突出,高效利用现有通道并合理规划建设新通道设施、吸引两岸要素无障碍流动成为长江下游地区率先实现跨江发展、推进次区域合作的基本物质保障。基于此分析2000年以来长江下游地区公路过江通道建设对南北岸间交通的“时空压缩”效应,尝试探讨高等级公路网体系中过江通道通行利用空间特征。研究时段内过江通道建设实现由点到面扩张,从单一到多样化的跨江条件改善压缩区位差异对发展造成的不公平,跨江时间成本逐渐转变为自岸向两侧的由高到低梯度推移。沿岸地区就近选择过江通道,中远岸市县由高等级公路网引至特定通道方向,完整的过江通道是包含跨江桥隧和后方高等级连接公路的交通走廊。各通道因其在路网体系中的定位不同,通行利用存在差异,区域空间和基础设施建设的有限性要求建立“干线公路-跨江桥隧”多对多选择,提升既有通道通行能力并将连接道路建设向新通道方向倾斜,以分流通行压力并缩小区域内跨江成本差距。     

龙门山北段平通河流域地貌演化过程

龙门山位于青藏高原东缘,是青藏高原周缘山脉中陡度变化最大的山脉,也是全球气候和构造活动最为强烈的地区之一,因此成为研究构造、气候如何影响山脉地貌演化过程这一科学问题的良好素材。在位于龙门山北段的平通河流域,汶川地震导致该区强烈的隆升、剥蚀作用,对研究该区地貌演化过程具有重要的启示意义。通过对平通河流域基于DEM数据的地形坡度、水系分布、河流发育程度等的分析,并综合研究区构造特征和岩性特征,获得该流域不同区域的地貌演化方向,其中两个区域的地貌演化最为剧烈:1.平通河流域位于北川-映秀断裂和彭灌断裂之间的地区,未来将发生较快的隆升,地貌向高、陡的方向演化,河流下切作用使河谷两岸形成更加陡峭的地形;2.在北川-映秀断裂上盘附近地区,在构造和气候作用下侵蚀、搬运作用强烈,山体将被快速剥蚀削低,但在河谷两岸也会形成更加陡峭的地形。     

论DEM地形分析中的尺度问题

DEM及其地形分析具有强烈的尺度依赖特征。本文以黄高原地区的研究为例,结合地学建模和地学模拟的需求,重点讨论DEM地形分析中的尺度问题。文中从DEM建立与应用出发,首先建立了DEM地形分析中的尺度概念体系,剖析了各类尺度之间的关系,其次讨论了尺度所引起的各种地形分析效应问题,最后探讨了DEM地形分析中的尺度转换类型和方法。