Determination of subcatchment and watershed boundaries in a complex and highly urbanized landscape

Urban development significantly alters the landscape by introducing widespread impervious surfaces, which quickly convey surface run‐off to streams via stormwater sewer networks, resulting in “flashy” hydrological responses. Here, we present the inadequacies of using raster‐based digital elevation models and flow‐direction algorithms to delineate large and highly urbanized watersheds and propose an alternative approach that accounts for the influence of anthropogenically modified land cover. We use a semi‐automated approach that incorporates conventional drainage networks into overland flow paths and define the maximal run‐off contributing area. In this approach, stormwater pipes are clustered according to their slope attributes, which define flow direction. Land areas drained by each cluster and contributing (or exporting) flow to a topographically delineated catchment were determined. These land masses were subsequently added or removed from the catchment, modifying both the shape and the size. Our results in a highly urbanized Toronto, Canada, area watershed indicate a moderate net increase in the directly connected watershed area by 3% relative to a topographically forced method; however, differences across three smaller scale subcatchments are greater. Compared to topographic delineation, the directly connected watershed areas of both the upper and middle subcatchments decrease by 5% and 8%, respectively, whereas the lower subcatchment area increases by 15%. This is directly related to subsurface storm sewer pipes that cross topographic boundaries. When directly connected subcatchment area is plotted against total streamflow and flashiness indices using this method, the coefficients of variation are greater (0.93 to 0.97) compared to the use of digital elevation model‐derived subcatchment areas (0.78 to 0.85). The accurate identification of watershed and subcatchment boundaries should incorporate ancillary data such as stormwater sewer networks and retention basin drainage areas to reduce water budget errors in urban systems.     

九龙江流域水葫芦打捞去除水体营养盐模型研究

水葫芦被收获时,水体中的营养盐也将包含在植物组织中而被去除.本研究首先通过野外实验和参考国内外有关文献,建立了九龙江流域水葫芦生长数学模型和持续生产模型,确定了模型的各有关参数:水葫芦生长容量K值为25.6 kg/m2、最大生长速率rmax为0.12d-1;水体中氮和磷的半饱和系数hN和hP值分别为0.2和0.03;水葫芦最低生长温度(mθin)为7℃,最适水温(oθpt)为30℃,最高生长温度(θmax)为40℃.随后采用所建立的模型计算了研究区水葫芦打捞的营养盐去除效果,研究区面积6 000m2的水体实施水葫芦打捞策略后,1a所能收获的水葫芦最大产量为9.18×105kg,去除的TP为214.4kg,TN为966.6kg.     

紫色丘陵区不同侵蚀沉积地段土壤结构特征

以中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站小流域为例，研究不同土壤侵蚀沉积地段（斜坡和沟谷不同部位）的土壤结构特征，以了解侵蚀沉积对土壤结构的影响。结果表明，在植被覆盖较好的坡体顶部，土壤侵蚀较弱，团聚度达到30．1％，MWD变化为3．4mm，土壤结构良好；沟谷底部由于沉积而有较多细土物质并具有适宜的水分条件，有利于土壤团聚体的形成，结构状况亦较好，团聚度达到50．3％，结构保持率为35．4％；而坡腰侵蚀较严重，团聚度仅为13．6％，结构保持率为14．1％，土壤结构状况较差。     

Exploring the spatial and temporal dynamics of land use in Xizhuang watershed of Yunnan, southwest China

Over the last two decades, China has introduced a series of agricultural and forestland use reforms, aiming to feed the largest population in the world and maintain ecological services locally and nationally. This paper studies the impacts of local government-driven reforestation on land use and land cover change, as well as its further impacts on livelihoods of upland farmers in Xizhuang watershed. An analysis of aerial photographs and ASTER satellite imagery from 1987 to 2002, respectively, showed that the forest has significantly increased at the expense of decreasing farmland. However, the monoculture reforestation of pine has caused both biophysical and socio-economic consequences. This case study also shows forestry decentralization in China remains incomplete. Land use and land cover change is also a political economic issue. Some of the reforms designed to protect forest resources have had a negative impact on rural livelihoods.     

数字流域研究与实践

数字地球的产生及其技术体系的完善，为建立数字流域提供坚实的技术支撑。数字流域是以地理空间数据为基础，具有多维显示和表达流域状况的虚拟流域，是数字地球的重要组成部分。文章从探讨数字流域的概念入手，阐述了其组成与数据监测获取、传输网络、海量存储、流域模拟、可视化与虚拟现实等关键技术，并简要分析了数字流域的应用与前景。     

基于DEM的河流多尺度显示研究

进行了基于DEM的河流多尺度显示方法的研究和试验。采用斯特拉勒算法对河流线进行分级,通过DEM提取河流的高差、集水面积等属性信息,并以此为基础提出了对河流的主支流的自动判别的方法,最终以国家基础地理信息的全国1∶25万数据库为数据源实现了实验区域河流的多尺度显示。     

干旱区典型流域近30年土地利用/土地覆被变化的分形特征分析——以玛纳斯河流域为例

利用1976、1989、2005年三期遥感影像,运用GIS和分形理论研究干旱区典型流域——玛纳斯河流域近30年的土地利用/土地覆被变化的复杂性和稳定性。结果表明:玛纳斯河流域各时段的土地利用/土地覆被类型分布具有分形结构,土地利用/土地覆被类型形状复杂性和斑块的稳定性波动变化,1976、1989、2005年三时期的各种土地利用/土地覆被类型总平均分维值分别为1.394 0、1.363 4和1.389 9。总平均稳定性指数分别为0.606 0、0.636 6、0.610 1。三期土地利用/覆被类型平均稳定性排序为:沙地>未利用土地>居民点工矿用地>水域>林地>草地>耕地>盐碱地。耕地、林地、草地、盐碱地稳定性相对较差。通过对流域土地利用/土地覆被类型变化复杂性和稳定性的研究,可以为政府协调水土开发和调整土地利用结构提供支持。     

TOPMODEL模型的空间尺度分析

以东江流域的岳城、胜前、东坑、蓝塘和九州五个子流域为例,应用前四个子流域分析DEM分辨率和流域大小对地形指数和TOPMODEL模型模拟结果的影响,探讨TOPMODEL模型对DEM分辨率的依赖性.结果表明:DEM分辨率对地形指数有着显著的影响,且径流模拟精度依赖于DEM空间分辨率,随着DEM空间分辨率的降低模拟得到的确定性系数逐渐减小.为了克服TOPMODEL模型难以考虑降雨空间分布不均对径流过程的影响,建立基于子流域的TOPMODEL模型,将基于子流域的TOPMODEL模型和整个流域的TOPMODEL模型应用九州子流域进行模拟比较,发现基于子流域的TOPMODEL模型能够得到精度更好的模拟效果,而且可以得到不同子流域对流域出口流量过程的贡献度,进而能够分析不同降雨情况下的流域出口洪水过程.     

室内三维点云空间自动划分与规则化方法北大核心CSCD

精准空间划分是实现室内语义建模与拓扑结构重建的重要基础。三维点云作为常用的室内空间数据载体,如何基于三维点云进行室内空间语义信息提取与规则化具有重要意义。本文提出了一种基于形态学分割方法实现室内场景的分割,并结合矢量规则化方法完成分割场景的规则化。首先,基于区域增长算法与线性拟合方法提取空间分割要素,通过平面投影生成二进制影像,进而利用距离变换和分水岭算法完成空间分割;然后,对空间分割要素进行线性拟合,进行室内空间格网划分,采用矢栅叠加方法实现空间要素规则化;最后,通过4组实际场景(包含3组ISPRS数据集及1组实际场景采集数据)进行数据验证。试验结果显示,本文提出的室内空间分割与规则化方法可以准确快速地完成室内空间要素的提取。     

不同降雨条件下黄土高原浅层滑坡危险性预测评价

黄土地区浅层滑坡发育非常广泛,由于其具有分布规律性差、前期变形迹象小、分布范围大、面小点多等特征,目前还无法进行有效预测,因此给黄土地区工程安全带来严重威胁。根据无限边坡模型,结合降雨入渗-土体强度衰减规律和GIS（地理信息系统）技术,构建了不同降雨条件下黄土地区浅层滑坡发育危险性评价模型,并将该评价模型应用到延河一级支流幸福川流域,预测在有效降雨量30、50、100、200 mm条件下,该流域浅层滑坡发育程度,并与当前较为流行的SINMAP模型(地形稳定性模型)进行对比。结果表明：①不稳定和潜在不稳定浅层滑坡主要分布在末级河流的两侧和源头,稳定和较稳定区域主要分布在一级河流河道两侧和塬面上;通过对比分析,SINMAP模型计算的结果与本文建立的模型在降雨强度30 mm时的计算结果较为一致。②在本文建立的模型评价结果中,随着有效降雨量的增加,F_s（稳定性系数）<1.00的不稳定区域所占比例逐渐增加,从30 mm的1.12%到200 mm的4.79%;相反,稳定区域则出现逐渐减少的趋势。③根据已发生灾害点的分布,随着有效降雨量的增加,研究区域已发生的灾害点分布在F_s<1.25的比例明显增加,从30 mm的62%到200 mm的88%,在SINMAP评价模型中,研究区域已发生的灾害点的64%分布在不稳定和潜在不稳定区域内,说明本文所建立的评价模型具有一定的精度。通过与SINMAP评价模型对比,本文建立的模型主要采用基于降雨入渗规律,而SINMAP评价模型主要基于降雨汇流过程,因此在利用过程中应根据区域特征选择利用。