以地形为基础的流域水文模型——TOPMODEL及其拓宽应用

介绍了TOPMODEL的基本理论与理论基础及模型利用地形指数的不同空间分布,模拟水文响应的特性.由于以往TOPMODEL的应用只限于山坡尺度范围,本文试探将其应用范围拓宽,选择淮河流域为例,考察其在一般流域上的应用效果,并将TOPMODEL与新安江模型作了初步分析比较.     

玛纳斯河流域水资源利用及其存在的问题

新疆玛纳斯河流域平原区的水资源开发利用历史悠久。随着研究区工农业和社会经济的不断发展,灌溉工程体系日趋完善。总的水资源开发利用思路较为合理,对当地经济和生态环境的发展起着积极的推动作用,但也存在一些不合理的因素,导致了生态环境形势严峻、溢出带泉流量减少、地下水位持续下降和水质恶化等环境问题。据此,本文提出了水资源合理开发利用建议。     

玛纳斯河流域水资源承载力模糊评价

以玛纳斯河流域水资源承载力为研究对象,采用基于变异系数的模糊物元分析处理分类界限多层次、多因素的模糊边界问题,对流域水资源承载力进行综合评价.评价结果表明,变异系数法得到的权重客观合理,物元分析法通过欧氏贴近度判定评价对象和标准之间的贴近程度,能比较客观、有效地对流域水资源承载力进行综合评价.     

TOPMODEL中平均地下水深计算方法的研究与应用

原TOPMODEL结构中流域平均地下水深计算缺乏物理意义,缺水深系统偏小,带来水量平衡的误差。本文对TOPMODEL中平均地下水深计算展开分析,讨论原TOPMODEL中平均地下水深计算产生负值的现象和原因,并通过引入临界地形指数和非饱和面积地形指数均值的概念,采用新的平均地下水深计算方法应用于TOPMODEL中。分析了新的平均地下水深计算方法的解析解,并通过算例分析该方法与原方法的区别。将新的平均地下水深计算方法结合到TOPMODEL中,结果计算流域平均地下水深不再出现负值,更具物理意义,壤中流计算也更合理。     

潮河流域TOPMODEL模型网格尺度研究

TOPMODEL模型首要也是关键的问题就是地形指数的计算问题.除计算方法外,地形指数的分布还与DEM网格尺度息息相关.较大的网格推出的地形指数不具有显示水流路径的物理含义,会丢失一些物理信息.太细的分辨率可能引起流向和坡度的混乱.导致水流路径不连续.对于流域尺度而言,合适的网格尺度在很大程度上影响模拟结果的精度,但目前关于这方面的研究却很少.本文在集水面积5 340km2的中尺度潮河流域上进行地形分析计算,深入的分析了从50 m～600 m以50 m为间隔的不同网格尺度对地形指数分布的影响.并以平水年为例,研究了这些地形指数对流域径流模拟的影响.得出的结论对于TOPMODEL模型在中尺度流域上的应用具有指导意义.     

新疆玛纳斯河山前地貌对构造活动的响应

玛纳斯河是天山北麓最大的一条河流,流域内山前地貌对构造活动有明显的响应.根据野外调查和综合分析,结果表明天山北麓在南北向的挤压作用下,在山前依次形成了3排褶皱低山丘陵和第四排正在发育的西湖隆起.冲积扇也在历次构造运动中不断向北推进,呈串珠状发育.褶皱丘陵内阶地的也发生了拱曲变形.这些特征反映了自第四纪以来,天山北麓随着天山主体在不断抬升,并且持续地由南向北推挤,使山麓范围不断地向盆地方向扩张.     

TOPMODEL模型在岩溶地区的改进与应用

为合理评价岩溶地区水资源,在充分考虑岩溶地区水文要素的空间异质性及各水文单元之间的相互联系的基础上,作者结合TOPMODEL模型的结构特点, 对模型进行了改进。该改进模型在子流域中采用TO PM ODEL模型作产流计算,根据河道的不同属性推求汇流时间,建立汇流模型,增强了模型的分布性,解决了由于岩溶地区地下河的存在无法使用TOPMODEL模型的问题。将此改进模型应用于鄂西蛤蟆颈水库控制流域进行模拟研究,得到了较为满意的模拟结果。      

基于ETM+的积雪提取方法研究——以新疆玛纳斯河流域为例

为了高精度地提取积雪信息, 消除森林覆盖区以及结冰河流水体对于积雪信息提取的影响, 以Landsat ETM+为数据源, 分析了玛纳斯河流域积雪信息提取的归一化差值积雪指数阈值, 并建立积雪信息提取方法. 对研究区进行了积雪信息提取, 并与国际数据服务平台所得的积雪信息提取结果进行了比较. 结果表明: 基于Landsat数据利用归一化差值积雪指数提取积雪信息时, 其合理阈值应为0.37; 通过总体精度以及Kappa相关系数在结冰水体区域以及森林覆盖区域的提取结果进行对比, 认定所使用的提取方法更加准确可靠.     

基于遥感影像记录的新疆玛纳斯河下游冲积平原河道演变过程研究

干旱区河流变迁与绿洲演变和沙漠进退密切相关,是近年来干旱区环境变化研究的焦点之一。玛纳斯河贯穿山地—绿洲—荒漠系统,是新疆准噶尔盆地环境演变的典型区域。文章利用遥感影像,结合实地测量的地貌与沉积记录、室内沉积分析和测年等资料,研究了玛纳斯河下游冲积平原河道演变过程,即近4 000多年来玛斯河在下游冲积平原发生了3次可识别的迁移事件及方向,河道变迁在空间上总体表现为一个自西南向东北迁移的过程。在此基础上,进一步讨论了玛纳斯河下游冲积平原河道的变迁原因及发展趋势,指出区域构造活动是影响玛纳斯河下游河道近4 000年来定向迁移的主要原因,并预测在没有异常气候波动和构造活动的影响下,今后一段时间内玛纳斯河不会发生大规模的迁移。     

天山玛纳斯河冬季径流对暖冬和冻土退化的响应

天山高山地区大范围为冻土区,冻土的存在对水文过程有极大的影响.20世纪90年代以来,玛纳斯河流域气温10 a升高了0.54℃,以冬季升温为主,降水量没有增加趋势.应用1957—2004年近48 a的气候和水文月资料,研究了具有多年冻土的高海拔河流的冻土和水文响应.检测到12月至翌年2月气温升高0.8~0.9℃时冬季径流量响应显著,冬季径流在12至翌年2月份增加了14%~26%,其中1月份增加26%.遥相关分析表明,10~11月的水量增大也可导致冬季河流水量增多,1.5~3.0 m的活动层的深度和温度变化导致了这些响应.冻土区的冬季径流水文响应比气温更快、更显著.但冻土和积雪观测的不足使冬季水文变化具有不确定性.     

基于SRTM的重砂矿化信息提取方法——以中甸地区为例

本文对可覆盖我国全境的3 arc.s(～90 m)SRTM数据进行重砂矿化信息提取方面应用前景分析,解释了SRTM数据来源、精度、数据类型及预处理方法,认为SRTM3数据的精度可以初步满足1:5万～1:100万尺度成矿预测的需要.在GIS中进行了中甸地区汇水盆地的自动提取,结果与基于地形图人工绘制的基本相同,大大提高了工作效率.在GIS中以汇水盆地为单元进行重砂矿物异常的取值,对于中甸地区斑岩型铜矿床的找矿预测,包含成矿元素及伴生元素Cu、Au、Ag、Pb、Zn的重砂矿物对找矿具有直接的指示意义,各矿物分类中各种矿物的组合越复杂、含量越高,其指示矿化存在的意义越大,以此可做为异常综合评价的准则.在GIS中基于该预测评价准则采用模糊逻辑模型进行了异常的综合,完成了模糊成员权重赋值和重砂矿物示矿综合模糊推理网络构建,计算得到的汇水盆地重砂综合异常图很好地反应了已知矿区的分布,并提供了较多的新异常区,为与其他学科关联的综合分析和野外检查提供了方便.因为夕卡岩型铜矿品位相对高、富矿多、矿物组合相对复杂,且红山矿床剥蚀程度相对较高,因此模糊示矿概率高.该区要寻找斑岩型铜矿,具有中级模糊示矿概率(0.5～0.8)的汇水盆地异常要引起重视.经野外检查,发现普上和地苏嘎两处斑岩型铜矿的矿化新区.     

Assessment of C-band SRTM DEM in a dense equatorial forest zone

A Digital Elevation Model issued from the SRTM mission was assessed on a study area located in a dense equatorial forest setting in French Guiana. The SRTM DEM defined on a 90-m grid was compared to three check sources: (1) airborne laser altimeter data, (2) an accurate heliborne DEM, and (3) spot heights. The paper also includes a comparison with a radargrammetric RADARSAT DEM. The results show that the accuracy of the SRTM DEM is about 10 m (standard deviation of errors). For a given slope aspect, the absolute value and the standard deviation of elevation errors increase almost linearly with the slope value. The slope aspect has a major influence on the sign of the elevation error: elevations are underestimated for slope facing SRTM signal (foreslopes, northwest), and conversely in the opposite direction (backslopes, southeast). Maximum errors are observed along these two directions. To cite this article: B. Bourgine, N. Baghdadi, C. R. Geoscience 337 (2005).     

SCE-UA算法在新安江模型及TOPMODEL参数优化应用中的研究

利用江西修水流域资料，将遗传算法和SCE—UA算法对新安江模型汇流参数及TOPMODEL参数进行优化，并对其结果进行了分析研究，得出了以场次洪水拟合的确定性系数为指标，用SCE—UA算法对TOPMODEL参数自动优化的结果比新安江模型的结果稍好的结论。     

Morphometric analysis of a watershed of South India using SRTM data and GIS

An attempt has been made to study drainage morphometry and its influence on hydrology of Wailapalli watershed, South India. For detailed study we used Shuttle Radar Topographic Mission (SRTM) data for preparing Digital Elevation Model (DEM), aspect grid and slope maps, Geographical information system (GIS) was used in evaluation of linear, areal and relief aspects of morphometric parameters. The study reveals that the elongated shape of the basin is mainly due to the guiding effect of thrusting and faulting. The lower order streams are mostly dominating the basin. The development of stream segments in the basin area is more or less affected by rainfall. The mean Rb of the entire basin is 3.89 which indicate that the drainage pattern is not much influenced by geological structures. Relief ratio indicates that the discharge capability of these watersheds is very high and the groundwater potential is meager. These studies are very useful for planning rainwater harvesting and watershed management.     

高亚洲冰川区SRTM C-波段DEM数据透射深度研究

SRTM数据是研究冰量变化的重要数据之一。基于SRTM C-波段和X-波段的高程数据,对高亚洲不同冰川区SRTM C-波段数据的透射深度进行了研究。结果表明：高亚洲地区SRTM_C透射深度的空间分布特征存在较大差异,其中藏色岗日地区的透射深度最大为（5.3±2.1） m,中天山和念青唐古拉西段地区的透射深度最小仅为（0.8±0.6） m。透射深度整体空间分布呈由高亚洲边缘地区向青藏高原内陆先减小后增大,到羌塘高原地区SRTM_C的透射深度最大的趋势。气温和降水量的空间差异共同作用是导致SRTM_C透射深度呈上述分布状况的主要因素。此外,SRTM X-波段数据的覆盖状况和冰川样本数量的选择会导致不同研究估算出的SRTM_C透射深度存在不确定性。     

TOPMODEL在流域径流模拟中的应用研究

介绍了TOPMODEL的基本结构与理论。该模型结构简单、物理概念明确、优选参数少,在集总式和分布式流域水文模型之间起到了一个承上启下的作用。TOPMODEL在国外已被广泛研究,并认为是一个相当成功的流域水文模型。为了进一步拓宽该模型的应用,选择6个不同尺度、分布于不同区域和不同气候条件下的流域来应用研究该模型的径流模拟效果。结果表明,该模型在率定和校核两个阶段的模拟精度都比较高,基本上能达到新安江三水源模型的水平。     

青藏高原河流地貌定量研究的基础--SRTM3空白数据填充方法剖析及数据

河流地貌和侵蚀是构造地貌研究的核心内容。90m分辨率的SRTM3数字高程模 型被广泛运用于构造地貌学的研究,但数据空白区是其在河流地貌定量研究中的 瓶颈。对SRTM3数据与中国1∶25万DEM数据的对比分析表明,1∶25万DEM数据在 生成数字河网和河流纵剖面方面不如SRTM3数据,尤其是其在平原区数字河网提 取中易发生错误,但在高山峡谷地区数据质量较好,而这正是SRTM3数据空洞的主 要区域。对比国内外各种SRTM空洞填补方法发现,相对于算法的改进,高精度数 据的参与是填充SRTM3数据空洞的关键。因此,利用SRTM3与1∶25万DEM数据的互 补性,对SRTM3进行数据优化,是现阶段青藏高原河流地貌定量研究的基础。详细 介绍了SRTM3空洞充填的步骤,具有实际参考价值。     

Mode of formation of the Nile Gorge in northern Egypt: a study by DEM‐SRTM data and GIS analysis

This is an overview of the mode of formation of the Nile Gorge in northern Egypt. It is based on the interpretation of the Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) data along with detailed analysis of landsat image, geological map and seismic data. The results show that the current course of the Nile was caused by a differential uplift of two plateaus: Ma'aza, to the east, and Western Desert plateau, to the west of the river. This uplift is caused by dynamic forces resulting from subsurface convection processes. It also contributed to the formation of several drainage systems, basins and structural features. Abundant faults and fractures that are parallel to the Nile Valley on both flanks that are associated with uplift are proven to be contemporaneous with formation of the river. We conclude that understanding of the uplift is crucial to visualizing the Nile course and its geodynamic formation. The information derived from the SRTM data reveals invaluable knowledge in support of the presented remotely sensed geological features. The paper clearly explains the stages of formation of the Nile segments in space and time and structural controls on the path of the Nile River in Egypt. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

DEM空间分辨率对TOPMODEL径流模拟的影响研究

本文以褒河流域为例，引入信息熵的概念量化分析了DEM分辨率对地形特征（坡度、单宽上坡集水面积和地形指数）计算的影响，发现随着DEM分辨率的降低，计算得到的坡度值偏小，单宽上坡集水面积值偏大．从而导致地形指数计算值偏大。在此基础上，再基于不同分辨率的DEM数据得到的地形指数分布，采用TOPMODEL对褒河流域的9场次洪进行模拟，结果表明DEM分辨率降低会使得洪峰流量和径流深增大，确定性系数降低，模型的模拟精度变低．但其对峰现时差的影响不明显。