基于DEM的流域水系分维估算方法探讨

分形理论是现代数学的一个新的分支，是一种新世界观和方法论。分形理论与地学的结合，极大地推动了地理学的发展。介绍了分形理论在水文学研究中的应用和发展，介绍了利用Arc/Info，以DEM为数据源提取流域信息的方法。提供了一种将分形理论、GIS技术和流域地貌模型巧妙耦合，分别用基于覆盖法的分维估算方法和基于Horton定理的分维估算方法计算了马连河流域水系分形维数。这种方法与传统方法相比，具有易于操作、高效等优点。     

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的长江上游土地利用分析

全球环境变化与可持续发展是当今关切的重大问题之一,而土地利用/覆盖变化研究则是其中的热点和前沿领域。目前,严重的生态环境已成为长江上游地区经济社会发展的重大障碍,也是本区和整个长江流域实现可持续发展的最主要的制约因素。本文在DEM基础上,分析了2000年长江上游高程、坡度和坡向与土地利用的关系。研究结果表明,随着高程、坡度和坡向的变化,2000年长江上游的土地利用类型也有很大差异,这些因素对长江上游的土地利用有着重要的影响。为了保护生态环境,促进本区和整个长江流域实现可持续发展,需进一步因地制宜,结合高程、坡度和坡向等影响因素优化土地利用类型和改善地表覆盖。     

基于DEM的水文物理过程模拟

基于数字高程模型,考虑流域空间的变异性,建立数字高程流域水系模型。产流子单元的划分、河网水系的生成及其空间拓扑关系的建立,是由计算机自动完成。计算TOPMODEL地形指数ln(a/tgβ)_i的空间累积分布曲线,并对其作无量纲化处理,推求各产流子单元的土壤蓄水容量分布抛物线参数B,构建数字水文模型。全球能量与水循环亚洲季风试验强化观测区—淮河史灌河流域实例研究表明:数字模型不仅可以很好地模拟流域出口断面的径流过程,而且能够模拟土壤水分的变化过程,还可十分方便地输出水文要素和状态变量的空间分布。这对充分利用现有观测信息进行水文数据的深层次挖掘奠定了基础。     

基于DEM的山地日照时数模拟时空特点及应用--以北京西山门头沟区为例

本文建立了一种基于数字高程模型（DEM）的山地日照时数模拟方法，并以北京西山门头沟区为例进行各月15日日照时数模拟与验证分析。结果表明，该区两个气象站的模拟值与实测值都具有较好的一致性（R^2=0.9772、0.9469）；在此基础上得到该区日照时数的分布时空变化特点：在时间上，夏季最多，春秋相当，冬季最少，全区冬季的变异比夏季更为显著；在空间上，不同地貌条件下阴阳坡的日照时数表现出显著差异。该方法避免了图解法中遮蔽图获取的大量野外测量工作和克服了经验方程依赖站点数目以及它和解析法对地形遮蔽欠考虑的缺陷，但该方法需要有一定精度的DEM支持。该方法能较为准确和定量地反映山地日照时数时空分布规律，因此在山地资源可持续利用和生态环境恢复建设中具有较强的理论与实践意义。     

基于DEM的沟谷系统提取算法综述

该文对近20多a来基于栅格数字高程模型(DEM)提取沟谷系统的方法与技术进行了综述。将沟谷系统提取方法归纳为三类：局部方法、全局方法、局部与全局相结合的方法，比较了各类方法的优缺点。分别综述与比较了提取沟谷系统的三个主要问题——水流路径的确定、洼地的处理以及累计汇流阈值的确定的解决算法以及存在的不足。笔者认为要使这方面的研究走向真正的实用化，必须借助其它的信息，利用人工智能和模式识别等多种手段来实现自动提取。     

基于DEM的山区气温空间模拟方法

气温作为一种农业资源是由太阳辐射到达大气形成的，在地球表面的分布地地表的地形特征密不可分（特别在山区）。数字高程模型（Digital Elevation Model，简称DEM）作为一种地表形态的描述方式，在利用空间信息进行各种专题分析研究和规划决策过程中具有很大的实用价值。研究提出了以地理信息系统（GIS）为支撑，在常规统计模型（CSM）的基础上，利用地形的坡度、坡向因子进行山区气温空间小尺工模拟的修正模型－－地形调节统计模型（TASM），并在环青海湖地区进行实际应用。研究结果表明，地形调节统计模型优于常规的统计模型，从而为山区任一地域单元气温空间分布的快速计算提供了一种可行的方法，对山区气温资源的专题应用具有重要的意义。     

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。     

GIS支持下的基于DEM的水文响应单元划分——以洞庭湖为例

在GIS技术支持下,以洞庭湖为研究区,设计了水文响应单元划分的实现方案和算法,即用适度指数法确定合理的集水面积阈值,从DEM中提取子流域,并与土地利用和土壤类型图进行空间叠加分析,使得生成的每个水文单元仅含有单一的土地利用和土壤类型。结果表明:洞庭湖流域被离散成105个子流域、19 759个水文响应单元,符合分布式水文模型构建的需求;适度指数法用于设置合理的集水面积阈值,避免了人工率定阈值带来的不确定性,提高了子流域生成的精度和智能性。     

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。     

DEM上大规模空间遮挡判断方法研究

利用1：5万DEM数据,针对起伏较大的山地地形,提出基于高效空间搜索算法的日照时数计算方法。这种空间搜索算法是根据太阳位置将DEM分割成一系列平行条带,使得在某时刻可能互相遮挡的栅格都集中在一个条带内,从而缩小判断遮挡关系的遮挡范围,提高算法的效率和质量,并结合桐庐县气象站气象记录作相关分析。结果表明,模拟值和地面实测值的相关性较高,该方法能够比较精确地计算中低纬度地区复杂地形的日照时数。     

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。     

基于DEM聚焦分析的旬平均气温与地面高程的相关性定量研究

在ArcGIS支持下,基于数字高程模型(DEM),采用聚焦分析和相关分析方法,对1997-2006年黑龙江省旬平均气温与地面高程的相关性进行定量分析.结果表明,旬平均气温与高程有较高的相关性,与高程值value及50 km左右邻域内高程均值mean的函数相关系数较大,但各旬内的相关程度不同.作物生长期各旬平均气温与地面高程的相关系数较大,最大相关系数在-0.4889～-0.8209,平均为-0.6905.这对农业气候资源研究中旬平均气温精确插值具有重要意义.     

基于DEM的大尺度季风风速空间分布模拟研究

起伏地形条件下的风速空间变化受多种地形因素的影响,以往利用DEM对风速空间分布的模拟一般是在内插基础上进行高程订正,不能反映迎风坡和背风坡的风速差别。利用山东日照1∶5万DEM数据,借助研究区及周边6个气象台站1970—2000年的冬季月平均风速资料,在确定冬季主风向的前提下,利用ARC/INFO软件,综合考虑海拔高度、坡度、坡向和坡位等地形要素对风速的影响,通过编写AML程序,实现了起伏地形条件下风速空间分布的模拟,其结果更接近实测风场,为日照市茶树适生环境评价提供重要的冬季风空间分布基础资料。     

土地利用变化对区域生态系统服务价值的影响——以北京市为例

以北京东北3个区(县)为例,利用从1996年和2005年TM影像中获取的土地利用数据,参照3种典型的生态系统服务价值系数,对比研究该区域的土地利用结构与生态系统服务价值的变化及其相互关系。结果表明:(1)1996—2005年研究区的土地利用变化十分剧烈。耕地变化最明显,共减少264.38 km2,水域和未利用地分别减少72.19,0.17 km2,林地、草地、建设用地面积则分别增加63.76,19.94,253.05 km2。(2)区域总生态系统服务价值在1996—2005年呈下降趋势,依据3种价值系数计算分别下降5.22,3.68,36.49亿元,且离城区中心越远,生态系统服务价值下降越快。(3)在快速城市化进程中,建设用地面积增加,耕地、水域面积减少是研究区生态系统服务价值大幅下降的主要因素。     

基于DEM的分布式水文模型在大尺度流域应用研究

本文选取空间大尺度黄河河源区流域为研究对象,利用分布式水文模型进行径流量模拟,采用1976～1985年唐乃亥水文站逐年、月实测径流资料进行参数率定,确定模型的基本参数,得到了较好的模拟效果。模拟结果表明气候变化是引起黄河河源区径流变化的主要原因。在80～90年代的20年间,黄河河源区由气候变化引起径流减少62.11亿m3,占径流变化总量的108.72%,由土地覆被变化引起径流增加5.73亿m3,增加量占径流变化总量的10.03%。     

北京市居住用地出让的时空格局演变

以1992~2006年间北京市五环内居住用地出让数据为基础,利用GIS空间分析方法,研究了北京市五环内居住用地的时间动态趋势和空间格局特征,并对CBD、中关村、奥运村等区域进行了重点分析。研究发现:①北京居住用地的出让数量、面积呈现不断增长态势,出让价格呈现"扁平化"发展趋势;②居住用地出让价格表现为"北高南低"、"东高西低"的空间特征,在出让数量和面积上存在"北多南少、东多西少"的空间差异;③出让地块集中区和高值区由中心向外扩展;④东西和南北轴线的竞租地价曲线以CBD和天桥为核心向两侧递减,并在一些区位条件优越的区段形成若干高值区。     

基于DEM的平原区人工微地貌数字提取方法探讨

针对江汉平原区堤垸人工微地貌,综合局部地形分析、水流模拟分析以及GIS空间分析和地统计分析方法,利用SRTM DEM数据进行微地貌自动提取研究。根据人工微地貌特点,构建一种局部地形形态分析方法来对结构线位置进行标示,并提出一种流域合并的方法来进行微地貌结构线提取;进而综合上述两种方法的计算结果,提出平原区人工微地貌的组合提取方法。研究结果表明该方法可较好实现平原区垸堤人工微地貌结构线提取。