基于势能信息熵的黄土小流域沟谷网络演化特征研究

沟谷网络是黄土高原流域地貌的重要侵蚀产沙区和最主要的产沙运移通道,深入了解沟谷网络的形成过程和演化特征,对黄土高原小流域的水土保持综合治理、生态恢复和流域地貌演化过程研究具有重要意义.然而,流域内部沟谷网络的发育演化过程与整个流域地貌演化过程的相互作用机制尚未得到有效揭示.该文基于室内人工降雨试验条件下获取的9期人工模拟黄土小流域DEM数据,提出一种表征流域地貌系统内部沟谷网络演化有序程度的方法,并利用小流域地貌系统的势能信息熵及其熵变规律对沟谷网络演化过程及其变化特征进行研究.结果表明:在该实验条件下,以侵蚀为主的均质黄土小流域在地貌发育的幼年期,势能信息熵呈不断减小态势,沟谷网络有序性不断增强,在幼年期末达到最高;进入壮年期后,势能信息熵呈缓慢增加态势,沟谷网络有序性受到一定程度破坏,演化特征与该系统势能信息熵的熵变特征及流域地貌侵蚀发育阶段高度一致,流域地貌的势能信息熵和沟谷网络有序演化特征能有效指示流域地貌的侵蚀发育阶段.     

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。     

基于DEM的黄土高原沟谷提取汇流阈值自适应研究

基于DEM的沟谷网络提取过程中,汇流阈值的确定是其关键步骤。目前该阈值的确定大多是通过随机选择、经验判断或目视观察等方式,主观性较强。为解决沟谷网络提取汇流阈值不确定性问题,该文以黄土高原典型小流域样区的5m分辨率DEM为实验数据,提出一种基于沟头点群汇流分布的沟谷提取汇流阈值自适应确定方法。首先,基于DEM提取沟沿线;其次,依据汇流关系提取沟头点位;再者,基于汇流矩阵提取各沟头点位置的汇流值;最后,基于沟头点群的汇流频率分布确定沟谷网络自动提取阈值,并利用Horton定律的沟谷网络平均分枝比自适应确定阈值。结果显示,该方法所采用的阈值处于相对合理汇流值区间内,且利用该阈值提取的沟谷网络与实际吻合度较好,可应用于黄土高原不同地貌类型区。同时,基于DEM的沟头点位提取,并依据沟头点位的汇流特征,可自适应快速选择不同地貌类型的沟谷汇流阈值,并准确提取沟谷网络。     

沟道流域坡面与沟谷侵蚀演化关系——以晋西王家沟小流域为例

以往坡、沟侵蚀关系研究主要限于水沙关系的探讨 ,有关原型尺度小流域坡、沟地貌侵蚀演化关系的定量研究甚少 ,尤其是坡、沟地貌特征对流域切割程度的综合影响与交互作用的定量研究尚属空白。本文在 3S技术支持下 ,根据晋西王家沟小流域 196 7年 1∶5 0 0 0正摄影像图 (DOM )、高程数字化模型 (DEM )和同期、同比例尺地形图 ,利用正交多项式回归分析方法 ,定量分析了坡、沟地貌特征对流域切割程度的影响与交互作用。研究表明 ,沟谷地在流域地貌演化及地表切割程度中起主导作用 ,在沟间地面积相同时 ,沟谷地面积约为0 1km2 是影响流域切割裂度侵蚀演化强度最大的区域 ,流域面积愈小影响流域地表破碎的程度最大。其沟道流域坡、沟地貌演化机制可用坡、沟水流动能的地貌指标的综合影响与交互作用来解释     

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。     

模拟流域地貌发育过程的空间数据获取与分析

运用数字摄影测量与GIS技术对人工模拟降雨条件下小流域模型地貌发育过程进行了动态监测研究,获得了小流域模型不同发育阶段地貌形态高精度、高分辨率的DEM数据、等高线、纵横剖面等数据,计算出了流域模型各种地貌形态参数,并利用GIS技术进行流域发育过程的空间形态进行了可视化和空间分析.研究表明,数字摄影测量与GIS技术可准确快速获取流域地貌形态的相关参数及小流域土壤侵蚀的空间定量分布,对于黄土高原小流域降雨侵蚀产沙过程与地貌形态特征定量作用关系研究及小流域土壤侵蚀预报模型建立具有重要科学意义.     

公路网系对喀斯特流域水系结构的影响

为了定量评价公路对地表水文过程的影响,选择典型喀斯特流域,在GIS水文分析功能支持下探讨了公路网系对流域水系结构的改变。研究表明:公路代表的人类强烈扰动集中分布在水系两侧1 km范围内。叠加路网之后流域内三级以下的低级水系数量和总长度显著增加,主河道分枝能力和流域平均分枝比增大,说明路网将增大河道行洪压力,同时减弱喀斯特流域的溶蚀作用而增强流水侵蚀作用。对子流域单元的统计分析表明,路面产流强度与子流域水系长度增加量之间存在较好的线性关系。在空间上,路网增加的水系在流域出口附近的集中程度较高。公路影响抑制喀斯特地下水系的径流调蓄作用,可能导致洪水期河流洪峰提前并增大洪峰流量,从而加剧洪灾风险。     

黄河上游十大孔兑水系分形特征与侵蚀发育阶段研究（英文）

水系分形维数(Fractal dimension of gully network,D_g)反映了河网分布和水系发育的复杂程度。以位于黄河上游内蒙古段十大孔兑上游丘陵沟壑区为研究对象,利用计盒维数的方法,研究其水系分形特征,同时利用水系分维数D判断流域地貌所处的侵蚀发育阶段。结果表明,(1)以毛不拉孔兑为例,利用人工判定法,相关系数检验法和拟合误差相结合的方法确定无标度区为20~370 m。且各孔兑的地貌形态在该无标度区间内均表现出很好的分形特征,计盒维数可作为流域地貌形态分形特性的量化指标。求得十大孔兑上游丘陵沟壑区的水系分维数D_g为1.08~1.14。(2)十大孔兑水系分维值在不同的汇流面积阈值下变化不大;径流模数与河网分维存在正相关关系。产沙模数与河网分维的线性正相关关系反映了地貌发育幼壮年期地形条件对产沙的影响。(3)按水系分维数与流域起伏程度、坡度及等高线分维值的关系,就十大孔兑而言,当D_g≤1.06时,流域处于幼年期;当D_g1.06时,流域进入壮年期。水系分维数、高程积分值指示十大孔兑上游流域地貌均处于壮年期。     

基于DEM黄土丘陵沟壑区不同尺度流域地貌现状及侵蚀产沙趋势

基于流域DEM对各个集水区进行划分,提取流域沟壑长度、平均高程、平均坡度等信息,并运用EXCEL、SPSS对这些信息进行分析处理,计算出沟壑密度、流域相对高程、面积-高程积分值,并结合流域侵蚀产沙数据以及实地考察情况,借助地貌学的相关理论,分析流域不同区域内、不同尺度流域地貌发育及侵蚀产沙情况.研究发现,流域左右两岸支流的发育数目、形状受邻近流域的影响;面积-高程积分值的大小能反应流域的地貌现状与侵蚀趋势,蛇家沟与岔巴沟的面积-高程积分值分别为0.547 5、0.463 7,但面积-高程积分值的大小及变化趋势还与流域最低点是否达到基岩有关;沟壑发育分为长度发育与宽度发育两个阶段,沟壑密度只是衡量地貌的一个重要指标,沟壑密度对流域侵蚀产沙的影响与沟壑的发育阶段有关;一般情况下产沙模数的大小与流域面积大小没有直接的关系,主要看流域内的地貌的发育阶段.     

基于景观格局定量分析的流域治理--以文峪河流域为例

以航片、森林资源调查资料和林相图为基础资料,在地理信息系统软件及数据库管理系统的支持下,应用景观多样性指数、景观要素优势度指数、类斑形状指数、景观要素斑块分数维等景观格局分析指标,对流域景观空间总体分布、景观组成结构、景观要素斑块形状特征进行分析,揭示了山西文峪河流域植被景观的总体格局。基于分析成果,针对目前文峪河流域植被景观格局存在的问题,建议在今后的流域管理和建设中应开展的工作,即上游及中高海拔带重点进行寒温性针叶林保护;中下游山地积极增加阔叶林,营造混交林;河谷重点开展河岸植被和河岸林规划设计和建设。     

流域生态健康评价理论与方法研究进展

对流域进行生态健康评价,将为流域的规划、管理和保护以及流域综合治理提供决策依据。本文回顾了国 内外流域生态健康评价的历史和现状,着重阐述了流域生态系统健康评价的尺度与方法。流域生态系统健康评价 主要有两种方法：一是生物监测法,二是指标体系法。对流域进行生态健康评价,重点在于建立评价指标体系。流域 生态健康评价的指标体系应该包括生物、水质、水文、栖息地、社会经济和人类健康等六方面指标。最后,明确指标 选取的基本原则,并指出了目前流域生态健康评价存在的问题及今后的研究趋势。     

流域景观功能网络构建及应用——以台湾乌溪流域为例

选择生态及城市功能并重的台湾乌溪流域,在乡镇行政单元的基础上,利用耗费距离模型将景观功能网络落实于实际的空间单元。透过网络节点间的通达性分析可知,乌溪流域的景观功能网络中以城市功能网络结构较佳,城市子节点多环绕于城市功能中心,功能的输出与传递有较高的效益;而生态功能网络节点间通达性差异并不显著,唯作为一级及二级功能节点的红香、高美湿地等位置孤立、通达性较差,需就其功能向外传输路径进行优化,并提升二载山及北坑子等重要联系节点的生态功能强度。     

基于SWAT模型的晋江西溪流域径流模拟

应用流域分布式水文模型SWAT,综合利用泰森多边形法、土壤粒径的线性变换、土地利用编码的转换等方法以及子流域和水文响应单元(HRU)的适当划分,对闽东南沿海西溪流域1970～1975年的年、月径流进行模拟,以月径流模拟的效率系数、相对误差和相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定,并对1976～1979年的月径流进行验证模拟.研究结果表明该模型适用于晋江西溪流域的径流模拟,且精度较高,尤其是降水量大,产流量多的月份模拟效率更高.     

基于SWAT模型的晋江西溪流域径流模拟

应用流域分布式水文模型SWAT,综合利用泰森多边形法、土壤粒径的线性变换、土地利用编码的转换等方法以及子流域和水文响应单元(HRU)的适当划分,对闽东南沿海西溪流域1970～1975年的年、月径流进行模拟,以月径流模拟的效率系数、相对误差和相关系数3个指标为标准,对模型的敏感参数进行率定,并对1976～1979年的月径流进行验证模拟.研究结果表明该模型适用于晋江西溪流域的径流模拟,且精度较高,尤其是降水量大,产流量多的月份模拟效率更高.     

流域径流离散处理和提取算法研究

通过对流域进行离散处理,从集合论角度出发,将流域看成点的集合,对流域进行离散化处理,在其上对流域源点、交汇点、出口点、单径流及复合径流各流域要素进行约束和定义,提出并实现了算法。该算法基于流域水文模拟方法,较好地解决了流域出口点和环流判别问题,使追踪出的径流更符合实际,具有简单、高效、实用的特点。根据算法设计开发了软件系统,并且应用到黄土丘陵沟壑区小流域分布式水文和侵蚀预报模型中,取得了较好的模拟效果。     

基于DEM的北京市大流域界线重新勘定研究

大流域区划数据是反映水资源分布的重要数据,也是土地利用总体规划和农业结构总体规划所必需的重要基础数据。针对当前没有与北京市土地利用现状数据一致的大流域区划数据,参照北京市已有的流域划分数据与方案,以DEM和SPOT5遥感影像为基础数据源,通过GIS数据处理、水文特征分析与流域划分等生成北京市五大流域区划数据;通过三维景观图等对大流域界线进行调整,重新勘定北京市大流域界线。     

怒江流域高山峡谷区景观生态格局变化分析

以怒江流域高山峡谷区的典型区域——福贡县月亮风景区为例,利用1986年和2004年的遥感影像和土地利用现状图,在G IS和RS技术的支持下,应用FRAGSTATS计算景观格局指标,对高山峡谷区景观格局多样性、破碎度等变化进行了分析。结果表明,研究区在过去的18年间,由于人类活动的影响,斑块数增加,破碎度增加,景观异质性减小,不利于生态系统的稳定;景观中林地占优势但以针叶林和灌木林居多,农田不是景观类型中的重要组分,居民地所占比例最少;各景观类型相互之间发生了转移。     

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。     

人工沟渠对流域水文格局的影响研究

人工沟渠是指以排水和灌溉为主要目的的人工挖掘的水道。目前,国内外对人工沟渠的研究主要集中在控制沟渠对农田或斜坡影响的水文过程上,而有关人工沟渠对流域水文格局影响的研究比较少,并且缺乏人工沟渠景观及其所携带污染物管理的研究。在流域的尺度上,从人工沟渠对流域径流、污染物传输和水文连通性的影响三方面,详细阐述了人工沟渠对流域水文格局的影响;并对目前人工沟渠对流域水文格局影响研究中存在的问题进行了讨论,同时指出了需要进一步开展的相关研究工作。