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。     

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。     

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。     

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.     

坡度的尺度效应及其对径流模拟的影响研究

研究不同尺度的数字高程模型所带来的坡度差异对水文模型径流模拟的影响.从坡度的尺度效应出发,讨论了相同DEM条件下不同格网大小造成的坡度差异,通过模拟研究发现,随着格网的增大,流域平均坡度在整体上虽然呈减小的趋势,但在不同的格网范围,流域平均坡度的变化趋势并不一致,对平均坡度与不同阶段变化的DEM格网大小采用不同的曲线进行拟合后发现,在某个范围平均坡度的变化比较缓慢,进而可以得到研究区水文模型最佳的DEM格网大小.研究表明,合适的DEM尺度对于水文模型的研究和应用具有重要作用.     

基于DEM的清水河分布式水文模型

对于以冰雪融水和雨水混合补给为主的西北山区流域,需要结合山区特点建立分布式水文模型。通过取塔里木河流域中的清水河水系为研究区域,采用300 m×300 m DEM数据进行流域河网水系提取,同时用DEM数据对参数进行分布式异化,建立冰雪融水与降雨相结合的分布式水文模型。分析模拟结果表明:夏季模拟径流主峰值与实测径流值较为接近,而冬春季节两者之间的差别较大,反映了西北山区流域冰雪融水和雨水混合补给为主的特点;进而开拓塔里木河区域应用该类模型的可行性。     

基于DEM的重庆三峡库区水系提取试验研究

以重庆三峡库区为试验研究对象,论述基于数字高程模型提取流域水系的方法、原理。应用"burn-in"算法,对DEM进行再处理,即将发生河道偏差的平坦区域上的实际河网叠加到DEM中,对河道及河道两侧所在栅格单元高程值进行修正,重新生成流域河网。在原有DEM不作较大修改的前提下,使得生成的河网与实际河网更加匹配,同时也保证了模拟结果的准确性。     

黄土丘陵沟壑区坡度尺度效应空间分异分析

基于DEM提取的地形因子随分辨率变化问题(尺度效应)受到广泛关注,不同地貌类型区地形因子随分辨率变化规律存在差异,其差异的机理性原因还有待进一步探讨。本研究以黄土丘陵沟壑区五个副区为研究区,统计了不同地貌类型区坡度随分辨率变化规律,计算了高程变异函数,并引入独立结构变异函数模型(Independent Structures Model,ISM)拟合了高程表面不同空间频率层次,分析了地形空间频率层次在黄土丘陵沟壑区的空间分异规律,从而进一步分析坡度随分辨率变化规律与地形空间频率层次之间的关系。研究表明:平均坡度相近的地区坡度随分辨率变化规律并不相同,高频地形信息的存在与否及其所占比重,是决定一个地区坡度随分辨率变化衰减程度的重要因素,在坡度随分辨率变化衰减程度和坡度尺度变换研究及应用中应考虑研究区内地形空间频率组成情况,这对于丰富和完善数字地形分析理论体系具有重要意义。     

DEM采样间隔对地形描述精度的影响研究

数字高程模型(DEM)的精度包括采样点数据精度和地形描述精度两方面,前人对DEM精度的研究多集中在DEM采样点精度,而忽视了地形描述精度。该文提出基于窗口曲面拟合计算拟合曲面系列参数与"实际地形"曲面参数的标准差来衡量地形描述精度的方法,研究发现DEM地形描述精度随采样间隔的增大呈降低趋势;并利用坡度频率曲线和坡度累计频率曲线研究对DEM精度敏感的坡度因子与DEM采样间隔的关系,认为随DEM采样间隔增大,坡度衰减(变缓)的速率加快。     

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。     

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。     

三工河流域分布式水文模型研究

分布式水文模型及其尺度问题是当今水文学研究的前沿课题，特别是针对不同流域尺度以及适合于干旱地区的分布式模型更是研究的焦点。提出了位于干旱区巾小流域尺度的三工河流域分布式模型建立的方法．采用了半分布式网格与子流域结合的模拟计算方式．实例证明这种模型非常适合于模拟干早区融雪径流．对干旱区流域产汇流过程的研究将具有很大的推动作用。     

潮河流域时变增益分布式水循环模型研究

在广泛了解有关分布式水文模型研究进展的基础上,结合中国实际资料条件和问题,提出了一种"水文循环机理-系统理论"相耦合的分布式水循环模型——时变增益分布式水循环模型(DTVGM),并建立了潮河流域分布式水文循环模型。实例研究表明,DTVGM的应用是比较成功的,基本上能够满足水资源管理的要求。     

基于DEM的分布式水文模型构建方法

基于 DEM的分布式水文模型是现代水文学同高科技 (如计算机技术、 3S技术等 )相结合的产物 ,是研究变化环境下水文循环与水资源演化规律的理想工具 ,代表了水文模型的最新发展方向。从 DEM的特性出发 ,本文探讨并总结了分布式水文模型的特点、建模思路和模型基本结构框图。在流域离散化方面 ,重点介绍了分布式水文模型常用的三种单元划分方法 ;最后 ,针对分布式水文模型构建问题 ,从“输入模块”、“单元水文模型”、“河网汇流模型”三方面 ,阐述了分布式水文模型微结构构建方法。     

The impact of resolution on the accuracy of hydrologic data derived from DEMs

Hydrologic data derived from digital elevation models (DEM) has been regarded as an effective method in the spatial analysis of geographical information systems (GIS). However, both DEM resolution and terrain complexity has impacts on the accuracy of hydrologic derivatives. In this study, a multi-resolution and multi-relief comparative approach was used as a major methodology to investigate the accuracy of hydrologic data derived from DEMs. The experiment reveals that DEM terrain representation error affects the accuracy of DEM hydrological derivatives (drainage networks and watershed etc.). Coarser DEM resolutions can usually cause worse results. However, uncertain result commonly exists in this calculation. The derivative errors can be found closely related with DEM vertical resolution and terrain roughness. DEM vertical resolution can be found closely related with the accuracy of DEM hydrological derivatives, especially in the smooth plain area. If the mean slope is less than 4 degrees, the derived hydrologic data are usually unreliable. This result may be helpful in estimating the accuracy of the hydrologic derivatives and determining the DEM resolution that is appropriate to the accuracy requirement of a particular user. By applying a threshold value to subset the cells of a higher accumulation flow, a stream network of a specific network density can be extracted. Some very important geomorphologic characteristics, e.g., shallow and deep gullies, can be separately extracted by means of adjusting the threshold value. However, such a flow accumulationbased processing method can not correctly derive those streams that pass through the working area because it is hard to accumulate enough flow direction values to express the stream channels at the stream's entrance area. Consequently, errors will definitely occur at the stream’s entrance area. In addition, erroneous derivatives can also be found in deriving some particular rivers, e.g., perched (hanging up) rivers, anastomosing rivers and braided rivers. Therefore, more work should be done to develop and perfect the algorithms.     

The impact of resolution on the accuracy of hydrologic data derived from DEMs

1 Introduction Automated extraction of drainage features from DEMs is an effective alternative to the tedious manual mapping from topographic maps. The derived hydrologic characteristics include stream-channel networks, delineation of catchment boundaries, catchment area, catchment length, stream-channel long profiles and stream order etc. Other important characteristics of river catchments, such as the stream-channel density, stream-channel bifurcation ratios, stream-channel order, number…     

无定河流域降雨量空间变异性研究

运用地质统计学中的普通KRIGING方法 ,对 1 990～ 1 997年无定河流域 67个雨量站的年降雨量进行了插值及空间场变异分析。分析发现降雨量的频率分布符合对数正态分布 ,采用对数克立格方法为计算工具进行分析 ,结果显示实验半变异函数符合一般的球状模型。从获得的参数可知 ,1 990～ 1 997年期间 ,变程各不相同 ,甚至差异很大。 1 991年最小 ,为2 0 1 7km ,1 994年最大 ,为 68 65km ,说明了该年无定河流域的降雨量空间变化在所分析的时间序列中是最缓和的 ,这与 1 994年的变异系数最小也相吻合。同时各个年份计算结果均显示有块金值 ,说明在小于变程的空间尺度上仍然存在随机效应。最后运用克立格方法对该流域的部分区域降雨量进行了空间插值成图。