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。     

黄土丘陵沟壑区典型村域土地利用变化及对区域乡村转型发展的启示

深入开展乡村地域土地利用变化和聚落发展规律的研究对于探究乡村地域系统优化、推进城乡融合与乡村可持续发展具有重要意义。论文以延安市碾庄流域为例,基于ENVI和GIS等软件技术,结合Landsat卫星影像、马尔科夫链模型和实地调查,从土地利用转移与交换变化、建筑用地空间转移、社会响应等角度探讨了黄土丘陵沟壑区典型村域土地利用变化特征以及对区域乡村发展转型的影响。研究表明：① 在一系列生态工程措施作用下,碾庄流域生态覆被发生明显改观,主要表现为大量的坡耕地及稀疏生态用地转化为林地,其中,林地面积占比由32.34%(2009年)增加至50.88%(2018年);② 在社会经济发展和延安新城“边缘效应”的影响下,碾庄建设用地呈现向流域的东南和西南方向拓展的趋势,10 a间建设用地面积增加了近75%;③ 在人类活动的主导作用下,黄土丘陵沟壑区的乡村正在朝着生态化和集约化的方向转型发展。研究结果有望为深入理解黄土丘陵沟壑区乡村地域系统结构和优化提供新参考。     

基于地图代数的数字地表流线模拟研究

降雨在地表上随地形流动自然形成沟谷线、汇流区、分水岭等流域形态,研究地表流水线的数字模拟对数字流域水文分析具有重要意义.提出数字地表流线模型的概念,只考虑地形因素,利用等高线图建立一个能获得区域内每滴雨水沿地表流动的轨迹模型.并运用地图代数的距离变换对等高线及所在空间进行全方位的距离度量,研究了数字地表流线模型的建立方法.实验表明,该模型利用距离变换信息而不是高程计算流向,可避免DEM高程误差对流向、流线的影响,且不需要在DEM上进行复杂的洼地、平地的识别与处理.该模型对原始数据要求不高,能有效应用于沟谷线的自动提取、汇流区自动分割和分水线网络的自动提取.     

NOAA的沿岸海洋规划

人类活动给沿岸水域造成了许多问题,如海滩、河口和沿岸水域受到有毒物质和营养盐的严重污染,鱼贝类资源大量减少,有的水域已达到危险程度;给沿海公共卫生和旅游业带来严重影响;安德鲁飓风给美国造成约200亿美元的损失;多年来已禁用的DDT和含氯农药仍在鱼贝类体内聚集,威胁着人类、野生动物和生态系的健康。 美国海洋和大气管理局(NOAA)关注着各类沿岸问题,于1989年制定了“沿岸海洋规划”(COP),以集中NOAA和沿海科学界的力量来解决长期存在的沿岸急迫问题。     

基于DEM小流域复杂网络的黄土高原地貌自动识别研究

地貌识别,对于人类建设,地质构造研究,环境治理等相关领域都有着重要意义。传统的基于像素单元或面向对象的地貌识别方法存在局限性。由于流域小单元具有表面形态的完整性,在地貌演化中具有明确的地理意义,基于流域小单元的地貌识别成为了该领域的一个新热点。然而,基于传统地形因子的地貌识别方法使用的因子往往较为单一或者在地学描述上存在重复性,目前尚无针对流域小单元进行空间结构描述和拓扑关系特征量化的地貌识别研究。基于此,本文基于DEM进行水文分析并通过坡谱方法解决了小流域稳定面积难以确定的问题,在黄土高原样区提取了181个稳定小流域。根据复杂网络理论和地貌学原理提出了流域加权复杂网络的概念和相应的8个定量指标用于流域空间结构的模拟和量化描述。最后采用了基于决策树的XGBoost机器学习算法进行地貌识别,实验对于黄土高原主要地貌类型的识别显现出较好的效果,Kappa系数为86.00%,总体精度达到了88.33%。对于地貌形态特征明显的地貌,复杂网络方法其顾及空间结构和拓扑特征的特性导致了其较高的识别性能,精度和召回率都在90%～100%之间。通过与前人的研究进行对比,其识别结果亦呈现出较高的精度,这些...     

德国饮用水水源保护区的建立与保护

在德国,饮用水被确定为生活中的第一物质材料,饮用水水源保护区的建立与保护是一项法律程序。德国人经过１００多年的长期实践,迄今为止已建立近２００００个饮用水水源保护区,在水源地保护方面积累了大量经验,被欧美工业国吸收采纳。本文介绍了德国饮用水水源保护区的政策、规范与模型;保护区的划定原则与方法,以及利用岩石土壤对水污染的过滤净化能力或者水体自然净化功能,分区分级保护和利用水源保护区的实用哲学。本文还描述了全流域生态系统保护与水源保护区的关系,东德与西德水源保护工作的差距。     

1961年以来海河流域干旱时空变化特征分析

以干旱易发区海河流域为例,利用流域内及其周边地区58个气象站点1961-2010年逐日气象观测数据,结合累积相对湿润度指数和模糊集对评价法,考虑了干旱的累积效应以及评价标准等级边界的模糊性和评价因子的时程分配,分析了海河流域干旱时空变化特征。结果表明:①近50年来流域主要干旱类型为中旱和重旱,平均面积分别约为7.30万km2和7.78万km2,重旱面积呈现出显著的增加趋势;②近25年来,重旱易发区范围表现出扩张的态势,1985-2010年重旱易发区面积达到14.9万km2,为1961-1985年的1.6倍。     

典型断陷盆地流域生态系统服务价值时空差异研究

以典型断陷盆地——小江流域为研究对象,以1982年的TM影像、2003年的Landsat ETM+影像和2016年的Landsat OLI影像为数据源,结合云南省测绘局所提供的150 000的土地利用状况图,采用 Costanza 公式对生态系统服务价值进行评估,精细刻画出云南小江流域“盆—山”共存的地质分异结构下生态系统服务价值的时空变化特征。结果表明:（1）小江流域以农田生态系统为主,研究期内生态系统格局总体稳定,耕地、建设用地、林地和园地都有不同程度的增加,而未利用地面积减少,水域面积基本不变;（2）1982-2016年,研究区生态系统服务总价值呈上升趋势,1982、2003和2016年生态系统服务总价值分别为90.11×108元、105.65×108元和136.81×108元,耕地、林地、园地和水域的生态系统服务价值整体上升,而未利用地的生态系统服务价值减少;（3）整体上,小江流域南部和东部生态系统服务价值增加明显,而中部和西部地区生态系统服务价值呈阶段性变化或持续下降趋势,小江岩溶河谷区的生态系统服务价值最高,而沉积平坝区的生态系统服务价值密度最低,且为唯一一个衰退型生态系统服务功能区;（4）研究期内小江流域各项生态系统服务价值均呈上升趋势,调节服务居主导地位,且以气候调节服务价值最高。小江流域生态系统服务价值缺乏弹性,水域生态系统面积变化对研究区生态系统价值的变化具有放大作用。实施封山育林、退耕还林、小流域治理工程等石漠化综合治理工程可增加生态系统服务价值。      

1965-2007年沙澧河流域潜在蒸散量变化趋势

利用1965-2007年沙澧河流域12个气象站的逐月气候资料,采用FAO推荐的彭曼-孟蒂斯公式计算潜在蒸散量,分析了沙澧河流域43 a潜在蒸散量的变化趋势,并在ArcGIS环境下通过Spline插值法分析了该流域潜在蒸散量空间分布特征,此外还对造成潜在蒸散量变化的主要气候影响因子进行了探讨。结果表明:从空间分布来看,潜在蒸散量年和四季从西北到东南基本呈下降趋势。从时间变化来看,年潜在蒸散量略呈下降趋势,但变化不明显;冬、春季呈增加趋势,年际变化率分别为0.189 mm.a-1和0.540 mm.a-1,夏、秋季呈减小趋势,其中夏季减少尤其明显,年际变化率为-1.354 mm.a-1。日照是影响年和夏、秋季潜在蒸散量变化的主导因素,而气温是影响冬、春季潜在蒸散量变化的主导因素。