面向城市平原地区暴雨积涝汇水区分级划分的方法研究

汇水区划分是分布式水文模型计算的基础。针对现有方法使用DEM在平原城市地区划分的汇水区不符合实际地形情况,本文提出了一种面向城市平原地区分级划分汇水区的技术方法。该方法从城市用地分类角度出发将城市分为中心城区和郊区,依据城市排水主干水系进行汇水区一级划分,将影响中心城区和郊区的不同径流因子分别融入DEM中,利用细化的DEM进行二级汇水区划分;在此基础上,根据实际汇流情况,结合Voronoi图,对中心城区进行三级划分,最后通过GIS技术进行修正。该方法既结合了传统DEM生成子流域的算法,又融入了城市区域地物地貌特点,能更好地满足城市地区的需要。选择上海市嘉定区西北部地区为实验样区,利用该方法进行汇水区划分比较表明,其对于城市平原地区具有很好的适用性。     

以DEM提取流域水系河源的最小误差分析

 目前,以水文模型提取流域水系已成为水文科学研究中的热点问题。但用DEM提取流域水系的方法不能解决流域水系唯一性的问题。故本文在没有流域纸质水系图或遥感数据的前提下,提出以DEM提取流域水系的河源最小误差法,即通过建立实际河源与提取水系河源两点之间的距离误差与网格数大小的相互关系,以两点之间误差最小为原则解决流域水系提取唯一性问题。以晋江流域为例,30m分辨率的数字高程模型(DEM)为基础数据,采用河源最小误差法提取了晋江流域水系。结果表明,最小河流长度为42m时,实际河源与提取水系河源的距离误差达到最小,相应的晋江流域的水系分维值为1.389,表明该法是提取流域水系较合理可行的算法。     

基于DEM的流域水系分维计算与结果分析

利用ArcGIS8.3和ArcVIEW3.2中的水文分析模块,根据不同最小河流长度,提取晋江流域河网信息,采用传统的网格法计算提取的不同河网的分维,研究以最小河流长度所提取的不同河网密度与分维的关系,确定晋江流域分维,分析流域地貌的演变。     

基于均值变点分析法的资源三号测绘卫星DSM水系自动提取研究——以云南省高海拔山区为例

水系自动提取是保证基础地理数据现势性的关键,而获得最佳集水面积阈值是提高水系提取精度的前提条件。集水面积阈值一般依靠定性分析的方法获取,采用均值变点分析法定量确定水系的集水面积阈值,可以满足基础地理数据精确性的要求。以云南省龙川江流域为研究区域,基于资源三号测绘卫星ZY-3 DSM和SRTM DEM两种数据,利用GIS工具分别提取该流域水系,再由均值变点分析法确定最佳集水面积阈值,并比较分析这两种水系的提取精度。研究结果表明:1随着集水面积阈值的增加,提取的水系密度减小且趋缓。ZY-3 DSM和SRTM DEM的最佳集水面积阈值分别是6.0 km~2和2.75 km~2;2在最佳集水面积阈值下,ZY-3 DSM提取的河流数比SRTM DEM多20.6倍,河流等级多2级,各级支流数为SRTM DEM的4.7~9.5倍不等,水系密度达到SRTM DEM的4.5倍;3与1:250 000水系数据相比,ZY-3 DSM和SRTM提取的河流点位平均相差395.23 m,RMSE为391.83 m。由此可见,利用均值变点分析法基于ZY-3 DSM提取的水系精度更高,完全满足测绘地理数据更新的现势性、准确性要求。     

Drainage Network and Lineament Analysis： An Approach for Potwar Plateau （Northern Pakistan）

Drainage responds rapidly to tectonic changes and thus it is a potential parameter for teetonogeomorphological analysis. Drainage network of Potwar is a good geological record of movement, displacements, regional uplifts and erosion of the tectonic units. This study focuses on utilizing drainage network extracted from Shuttle Radar Digital Elevation Data （SRTM-DEM） in order to constrain the structure of the Potwar Plateau. SWAN syncline divides Potwar into northern Potwar deformed zone （NPDZ） and southern Potwar platform zone （SPPZ）. We extracted the drainage network from DEM and analyzed 112 streams using stream power law. Spatial distribution of concavity and steepness indices were used to prepare uplift rate map for the area. DEM was further utilized to extract lineaments to study the mutual relationship between lineaments and drainage patterns. We compared the local correlation between the extracted lineaments and drainage network of the area that gives us quantitative information and shows promising prospects. The streams in the NPDZ indicate high steepness values as compared to the streams in the SPPZ. The spatial distribution of geomorphic parameters distinctive deformation and uplift rates suggest the among eastern, central and western parts. The local correlation between drainage network and lineaments from DEM is strongly positive in the area within I km of radius.     

基于SWAT模型和多源DEM数据的流域水系提取精度分析

流域水系是研究水文水资源、地貌演化和生态环境及水土治理等的基础数据,高精度的水系提取对流域研究十分重要。本文以空间分辨率均为30 m的 AW3D30 DSM、SRTM1 DEM和ASTER GDEM2数字高程模型作为基本的地形数据,基于SWAT模型提取犟河流域水系,通过河网“套合差”、水系相对误差、Google Map水文数据及蓝线河网对提取结果进行误差分析与综合评价,探讨河道剖面和地形特征对水系提取精度的影响。结果表明：① 集水面积阈值是决定河网水系提取精度的关键参数,阈值越大,提取的河网密度越小,反之提取的河网密度越大;② 基于河网密度与集水阈值二阶导数的幂函数与直线相切的数学求值方法确定流域最佳集水面积阈值,能避免最佳集水阈值取值的主观性,提取的河网水系与实际河道相符;③ AW3D30 DSM数据提取的流域河网水系与Google Map高分辨率影像的水系偏差最小,且AW3D30 DSM数据提取的水系与蓝线河网的河网“套合差”和水系相对误差值均最低,能真实反映中低山丘陵山区流域水系发育的疏密程度,吻合度最好;④ 多源DEM数据提取结果均显示为河床比降大和横剖面曲线为窄深式的“V”形河谷提取的水系精度高于河床比降小和横剖面曲线为 “碟”形河谷的提取精度;⑤ AW3D30 DSM数据的地形起伏和坡度标准差最大,有利于山区河网水系的提取。因此,基于SWAT模型和AW3D30 DSM数据提取的山区流域水系可最大限度反映流域水系的真实情况,精度最高,此方法和数据源可应用于中低山丘陵山区流域的水系提取研究。     

Topographic controls on the annual runoff coefficient and implications for landscape evolution across semiarid Qilian Mountains,NE Tibetan Plateau

The combination of different topographic and climatic conditions results in varied precipitation-runoff relations, which in turn influences hillslope erosion, sediment transport and bedrock incision across mountainous landscapes. The runoff coefficient is a suitable tool to represent precipitation-runoff relations, but the spatial distribution of the runoff coefficient across tectonically active mountains in semi-arid environments has received little attention because of limited data availability. We calculated annual runoff coefficients over 22 years for 26 drainage basins across the semi-arid Qilian Mountains based on:(i) annual discharge records; and(ii) the China Meteorological Forcing Dataset to enhance our understanding of the precipitation-runoff processes. The mean annual runoff coefficients show no obvious spatial trends. When compared to potential controlling factors, mean annual runoff coefficients are highly correlated with mean slope rather than any climatic characteristics(e.g., mean annualprecipitation and Normalized Difference Vegetation Index). The slope-dependent runoff coefficient could theoretically have enhanced the topographic control on erosion rates and dampen the influence of precipitation. The enhanced discharge for drainage basins with less precipitation but steep topography in the western Qilian Mountains will enable fluvial incision to keep pace with ongoing uplift caused by the northward growth of the Qilian Mountains. The geomorphic implications are that tectonic rather than climatic factors are more significant for long-term landscape evolution in arid and semi-arid contexts.     

AUTOMATIC EXTRACTION OF VALLEY BOUNDARY FROM DEMS IN THE HILLY LOESS PLATEAU

1 INTRODUCTION The most remarkable topographical features in the severely eroded hilly Loess Plateau are positive (inter valley residual tablelands) and negative (valleys) landforms. They are separated by valley boundary. Topographic features above the boundary are called plateau (yuan) and narrow hillock. Below the boundary are gully walls and valley bottoms. This boundary lies along rapidly developing rills, grooves and gullies. The dynamic variation in valley boundary is indicative …     

黄土地貌区径流节点提取及其特征信息指数的DEM实验分析

径流节点是一种真实存在于流域单元中的地学实体对象,携带了大量的水文与地貌特征信息。针对当前研究中缺乏定量地度量径流节点所承载的地学特征信息量的相关探讨,本文结合径流节点的已有理论,总结了其地学特征信息,借鉴数学粗集理论提出了径流节点的特征信息指数（FIIRN）,并分析了相关的定义与计算方法。本文以黄土高原的7个典型黄土地貌样区5 m分辨率DEM数据为实验材料,提取了各个实验样区的径流节点,并计算了每个样区的FIIRN指数值。实验结果表明：（1）FIIRN指数可有效地映射流域单元的径流分级、发育状况等地学特征信息;（2）FIIRN指数可定量地表达流域单元的地学特征信息量;（3）FIIRN指数可作为挖掘流域地学特征信息的一个重要参数。     

Snowmelt modeling using two melt-rate models in the Urumqi River watershed,Xinjiang Uyghur Autonomous Region,China

In this paper,the performance of the classic snowmelt runoff model(SRM)is evaluated in a daily discharge simulation with two different melt models,the empirical temperature-index melt model and the energy-based radiation melt model,through a case study from the data-sparse mountainous watershed of the Urumqi River basin in Xinjiang Uyghur Autonomous Region of China.The classic SRM,which uses the empirical temperature-index method,and a radiation-based SRM,incorporating shortwave solar radiation and snow albedo,were developed to simulate daily runoff for the spring and summer snowmelt seasons from 2005 to 2012,respectively.Daily meteorological and hydrological data were collected from three stations located in the watershed.Snow cover area(SCA)was extracted from satellite images.Solar radiation inputs were estimated based on a digital elevation model(DEM).The results showed that the overall accuracy of the classic SRM and radiation-based SRM for simulating snowmeltdischarge was relatively high.The classic SRM outperformed the radiation-based SRM due to the robust performance of the temperature-index model in the watershed snowmelt computation.No significant improvement was achieved by employing solar radiation and snow albedo in the snowmelt runoff simulation due to the inclusion of solar radiation as a temperature-dependent energy source and the local pattern of snowmelt behavior throughout the melting season.Our results suggest that the classic SRM simulates daily runoff with favorable accuracy and that the performance of the radiation-based SRM needs to be further improved by more ground-measured data for snowmelt energy input.     

山丘区——泰莱谷地地下水资源计算分析

地下水资源计算工作涉及问题较多,特别是山丘区地下水资源计算方法异议较大:水文工作者往往采用基流切割方法,以基流量作为山丘区的地下水资源量;而水文地质工作者则强调地质结构;还有些搞地下水资源评价的工作者在山丘区根据不同的岩性,以“泉域”或     

基于随机森林的黄土地貌分类研究

地貌分类在指导人类建设活动的规模与布局中有着重要的意义。然而,传统的基于数字高程模型(DEM)的地貌分类方法使用的地形因子和考虑到的地貌特征往往比较单一。本文提出了一种基于流域单元的地貌分类方法,该方法考虑了流域单元的多方面特征,包括基本地形因子统计量、地形特征点线统计量、小流域特征和纹理特征。本研究首先基于DEM进行水文分析将研究区域划分成不同的小流域。然后利用数字地形分析提取29个不同方面的特征来表征流域的形态,并基于随机森林(RF)算法进行了特征选择和参数标定。RF是一种基于决策树算法的集成分类器,能有效地处理高维数据,分类精度高。最后选择训练集小流域对RF分类器进行训练,使用训练完成的分类器对整个研究区域的地貌进行分类,研究地貌分异的规律。该实验在我国陕北黄土高原典型黄土地貌区域的地貌分类中取得了较好的结果,结果表明不同的地貌之间存在明显的区域界线,特定的地貌类型在空间上表现出明显的聚集性。通过人工判读进行验证的分类精度达到了85%,Kappa系数为0.83。     

ArcGIS环境下DEM的坡长计算与误差分析

坡长是水土保持、土壤侵蚀和环境评价等研究中的基本因子。在GIS环境下,坡长的提取是基于格网DEM进行的,其结果受到DEM精度、DEM结构、流向提取算法和栅格距离计算方式的影响。在确定分辨率和精度的DEM下,坡长计算误差主要来自流向提取算法和栅格距离计算方式。本文对这两种DEM坡长计算误差源进行了详细的分析,指出集成到ArcGIS软件中的坡长计算模型D8存在较大缺陷,尽管栅格距离计算方式对坡长影响最大误差为8.9%,并可通过统计方式实现整体坡长的修正,但D8算法的单流向特性使得水流方向变得确定和不连续,进而导致坡面单元坡长产生较大误差,因此,利用D8算法进行数值模拟计算需要考虑其精度问题。同时应提高坡长计算的准确性,需要发展更为完善的流向计算方法和坡长计算模型。     

数字河网提取的影响参数优化分析

数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)是提取数字河网的主要数据源.但是,由于在受到带有尺度效应的DEM空间分辨率和数字河网提取过程中,汇流面积阈值等参数的影响,使得河网提取的结果具有很大的主观性,因此,如何优化两者的取值,对于更准确地模拟地表河网具有重要的意义.本文以厦门市作为研究区,以...     

基于DEM数字河网提取时集水面积阈值与河源密度关系的研究

以研究区3030个流域水文数据为基础,利用数字高程模型（DEM）并运用非线性拟合法分析中小流域集水面积阈值与河源密度的相关关系,分析集水面积阈值与河源密度的幂函数关系可得,幂指数a近似为-1,拟合公式常系数k具有区域分布特征,反映了不同地区的河网发育程度,k值越大,河源密度越大,河网越密集,河网发育程度越高。对河源密度随集水面积阈值的变化趋势进行分析,发现2个具有统计意义的阈值临界点,分别为河源从坡面到沟道及从沟道到河道的集水面积分界点,在研究区内选择不同k值区间的贡曲流域、辰清河流域和藤条江流域作为样本流域,利用样本流域数字正射影像（DOM）手工提取其沟谷河网及主河道河网的图形信息和水文信息,并与分界点处阈值提取的河网作对比,将分析得出的河网密度相对误差率作为检验标准,对临界点的物理意义进行检验。     

基于DEM的岷江上游流域构造活动强度分析

目前,利用DEM衍生的地貌参数对大面积区域构造活动进行量化分析的研究相对较少。本文以岷江上游流域为例,利用ASTER GDEM数据和GIS技术,提取了该流域面积高程积分值（HI）、河长坡降指数（SL ）、流域盆地不对称度（AF）、盆地形状指数（BS）、谷底宽度与谷肩高度比（VF）和水系分维数（FD）6种地貌参数,对其进行了等级划分,并量化了研究区相对构造活动强度（IAT）。结果显示：岷江上游流域有较高的SL、AF、BS值,较低的VF及FD值,中等HI值,其IAT值为1.33,分类等级为1级,表明该流域侵蚀程度强烈, 流域形态狭长, 河谷呈V型形态,受构造活动影响显著,地貌发育处于幼年期晚期,中年期早期。研究结果与区域地质背景较为吻合,该方法可为进一步探讨区域构造活动差异性提供新的手段。     

一种以等差分级的DEM填洼算法

DEM的填洼是水系提取中最耗时的过程。真实的地表低高程点通常在空间上相邻,在对低高程栅格进行填洼时,少数栅格的高程值更新会导致级内大量栅格的循环迭代,从而消耗大量运算时间。为了提高DEM的填洼效率,在分级填洼的基础上,提出一种等差分级填洼算法,该算法顾及DEM各级填洼时间呈幂函数逐级递减这一地形规律。算法首先创建一系列数组,数组大小随等差数列递增;然后依次将排序后的DEM数据存放至数组中,由于定义的数组大小逐渐增大,因此,低高程区域被“分割”得很细;最后,当填洼运算从级内转至数组内时,低高程区域细致的划分极大缩短了栅格循环迭代时间,从而使得算法获得了较高的效率。新算法既能有效缩短填洼过程中的迭代时间,又能保证所提取水系的完整性与连贯性。为验证算法的有效性,选用四川省不同地区的SRTM 90 m分辨率DEM作为实验数据,并与已有的DEM分级填洼算法进行对比分析。实验结果显示：当研究区域栅格总数达到两千万个时,本文算法填洼效率提升了50%左右,且随着DEM数据量的增大,算法效率的提升更为明显,与此同时,利用新方法进行填洼后,DEM水文线连续性较强,表明了新方法的有效性。     

Hydro-hypsometric analysis of tropical river basins,Southwest Coast of India using geospatial technology

The key aspect in planning and management of water resources is to analyze the runoff potential and erosion status of the river basin. For the detailed investigation of hydrological response, freely available Cartosat-1 (IRS-P5) data was used for the preparation of digital elevation model (DEM). The runoff potential and type of erosive process of 22 river basins originating in the global biodiversity hotspot of Western Ghats, was inferred through hypsometric analysis. Several parameters like Hypsometric integral (HI), maximum concavity (Eh), coordinates of slope inflection point (I) given by a* and h* and normalized height of hypsometric curve (h) were extracted from the hypsometric curves and used for understanding the hydrological responses. From the hypsometric curves, the landform evolution processes were inferred. Contribution of diffusive and fluvial processes in slope degradation of the river basins was understood. Basins with lesser area (<100 km²) were found to have a positive correlation between hypsometric integral and basin area, whereas for large basins no such correlation exists. Based on the study, river basins can be prioritized for the appropriate conservation measures.     

基于地表校正和河道烧录方法的河网提取

 针对现有的数字高程模型(DEMs)在自动提取虚拟河网过程中易受洼地、平原地区影响,产生不连续的或平行的错误河网的问题,本文基于Arc Hydro Tools,阐述了地表校正(Agree算法)和河道烧录(Stream burning)方法提取虚拟河网的关键步骤和基本思路,并以环渤海地区为例,分析了有(无)河网辅助信息下,河网提取结果的准确度。研究结果表明,增加辅助信息更有助于提高虚拟河网的精度和准确性,且河道烧录方法在虚拟河网的提取上比Agree算法更有优势。由于环渤海研究区平原面积广大,对提取结果有较大的影响,提取结果的精确度不高。针对这一问题,本文综合河道烧录和地表校正(Agree 算法)的特点,提出一种河网提取的改进思路,并选取滦河流域作为验证区。通过对比,改进后的河网提取结果与中国实际河网分布较为吻合,说明该改进思路是较为合理、可信的。     

面向多分辨率DEM的河网相似性测度与分析

河网是地形结构的核心要素,能够有效地反映DEM对地表形态的刻画能力。实现不同分辨率条件下DEM河网相似性测度对DEM地形综合、DEM质量评估及DEM不确定性分析等研究具有重要意义。基于此,本文以黄土高原典型样区为研究区,基于5 m高精度DEM建立的多分辨率DEM数据集,构建了地形特征自适应的DEM河网自动提取方法,建立了综合拓扑关系、方位关系、距离关系及属性特征四维信息的河网相似性度量模型,并分析了河网相似性变化特征及其与地形参数的相关性。实验结果显示,河网自动提取方法的制图精度和用户精度均在90%以上,总体精度优于Passalacqua等提出的GeoNet方法,能够有效实现不同分辨率下河网较高精度提取;河网相似性度能综合反映河网空间分布特征的差异性,河网相似度与分辨率变化率之间的幂函数关系R²达0.978,且河网相似度与高程、坡度中误差分别表现为幂函数和对数函数关系,后者对数关系显著性优于前者幂函数关系。研究表明,在以河网作为DEM构建重要数据源的背景下,本文的研究成果可为DEM质量及其应用适宜性的定量评价提供基础。