栅格流向算法在山丘区水系提取中的应用评价

流向算法对于流域特征提取和分布式水文模型研究起着关键作用。选取3个研究区(夺底沟、姜湾、杜家湾研究区),使用30 m分辨率DEM数据,从集水面积灰度图、集水面积累积频率分布、相对差系数、实际效果以及运行时间5方面对目前常用的6种流向算法(D8、D8-LTD、rwflood、MFD、Dinf和MDinf)进行的对比分析结果显示,不同算法之间的相似性存在着较大差异;多流向算法还原河道的准确性优于单流向算法,rwflood算法准确性最差;不同流向算法运行时间差距明显,流向算法的选取应综合考虑精度与速率需求。     

基于DEM的河网提取算法的比较

本文在数据独立的DEM解译算法分析方法支持下，以比汇水面积(Specific catchment area，SCA)为计算对象，对目前流行的5种路径算法D8、Rho8、FMFD、Dinf和DEMON进行了详细的比较和分析。文中首先从SCA的定义出发，建立了SCA的计算表达式，然后构建了表达式已知的4种数学曲面模拟DEM，最后通过SCA的计算值和理论值的统计分析，定量地描述了5种路径算法所具有的精度，并从算法复杂度、时间效率、健壮性、存储结构、格网结构及流向计算精度方面对路径算法进行了综合评价。结果认为基于坡向的路径算法即DEMON和Dinf能给出较可靠的SCA值和较理想的SCA分布，而基于坡度的路径算法的误差较小。     

基于DEM的河流长度尺度转换与不确定性分析

空间尺度是地学研究的基础性问题,河流长度的提取依赖于空间尺度,遥感与地理信息系统技术为河流长度的空间尺度研究提供了强有力的工具。以SRTM DEM为数据源,应用最近邻方法对原始数据重采样得到不同分辨率的DEM数据,利用D8算法对不同尺度数据分别提取了钱塘江水系,并利用分形几何方法研究了河流长度的空间尺度。结果表明,D8算法准确地提取出了不同尺度下的钱塘江水系,且钱塘江及其支流具有明显的分形特征,钱塘江及其支流的提取长度,与以往的文献长度基本吻合,最后对误差来源及不确定性因素进行了分析。     

基于GIS和DEM岷江流域都江堰区域河网水系的提取方法研究

以岷江流域都江堰区域为试验研究对象,论述常用的基于数字高程模型(DEM)提取流域河网水系的方法和原理.采用1:25万DEM作为基本的地形数据,应用ESRI公司开发的ArcGIS地理信息系统软件进行河网水系提取.并对研究区域提取结果进行了详细的分析,得出了河网提取时应注意的问题,为GIS在河网提取方法研究方面提供了更加成熟的理论与实践基础.     

以数字高程模型计算流域面积的精度分析——以合肥为例

本研究基于12.5m精度数字高程模型数据,运用Arc GIS水文分析相关工具,利用D8流向算法分析不同阈值下天然河网密度情况,根据合肥市实际水系调整合理阈值,最终确定7km2(44800个像元)为本次流域面积计算阈值,计算合肥主要河流流域面积,包括南淝河、派河、十五里河等,并与官方流域面积数据进行对比,分析其精度,结果表明DEM数据源可以可靠的运用于水文信息提取。     

基于规则格网DEM的水系提取算法研究

对DEM提取水系算法,尤其是DEM中洼地和平地的识别和处理、平地水流方向的确定等算法进行了讨论,对于几个基于DEM水系提取算法的实现步骤的分解以及适用性进行了分析。在特定的数据质量情况下,算法研究的结果只能来源于原有数据,而不能超过这个限制去获取信息之外的信息;基于DEM提取水系,尤其是在现有算法所需地貌信息不充分的情况下,还要引入尽可能多的真实地貌信息才能取得比较好的效果。     

基于 DEM 的青海省西宁市地区河网流域特征自动提取

为获得青海省西宁市地区的河网特征,应用 ArcGIS10软件中的水文分析工具,基于美国联邦地质调查局（USGS）的 SRTM3 DEM 数字高程模型数据提取了研究区域水流流向、汇流累计量及河网水系等流域特征信息,进行了河网分级及子流域划分,并将提取结果与研究区遥感影像图进行对比。结果表明：基于 DEM 数据提取河网流域特征与实际自然水系的特征较为吻合,可作为一种流域水文分析的优良方法。研究结果可以为流域规划及流域综合治理提供参考。     

一种改进的DEM数字水系简易提取方法研究

利用DEM提取数字水系的过程分为填洼、流向计算、汇流累积量计算和设定阈值提取水系,其中以填洼和计算各单元的汇流累积量最为费时。相比与Jenson和Domingue(JD)、Planchon和Darboux(MV)填洼算法,L.Wang和H.Liu(WL)填洼算法具有原理简单、运行速度快等特点。但是,WL算法未对平区高程进行修正,增加了后续相关算法的复杂度。本文通过将JD和MV算法中的微小高程增量引入WL算法,建立改进的WL算法,可以有效地解决该问题。在汇流累积量的计算过程中,受WL填洼算法思想的影响,构建了逆向WL汇流累积量算法,该算法一改传统的流向追踪思想,通过对填洼后DEM进行升序排序,可逐步对每一栅格进行计算。该算法原理简单,易于实现,对单流向和多流向方法均具有很强的适应性。利用SRTM、GDEM源数据进行了示例计算,并将结果与ARC/INFO软件结果进行了对比,结果表明该方法合理、准确。     

DEM网格尺度对水文模拟影响的研究

选择汉江上游旬河流域为研究对象．研究了DEM网格尺度对提取流域地形特征参数的影响．采用基于地形指数的TOPMODEL模型进行水文模拟，进而分析DEM网格尺度和不同流向分配方法对径流模拟结果的影响。结果表明，DEM网格尺度对流域地形特征参数的影响还比较大，但由于模型参数率定采用了优选算法，掩盖了不同DEM网格尺度和不同流向分配方法计算的地形指数的差别．使得模拟的结果相差不大。但随着网格尺度的增大．多向分配法模拟的结果要比单向分配法好一些。     

基于栅格数字高程模型DEM的河网提取及实现

从数字高程模型(DigitalElevationModels)DEM直接提取河网及相关流域信息,是分布式水文模型开发与应用的基础。本文基于D8(eightflowdirectionmatrix)处理方法,开发出一套DEM凹陷区域识别与处理、河网自动生成与流域划分软件。在新疆天山,应用本软件在100m×100m精度的DEM数据上生成的河网与全国1 25万的数字河流对比验证,吻合较好。此外,在美国联邦地质调查局(USGS)的HYDRO1k全球1km精度的DEM数据源基础上,所提取生成的长江流域河网,与1 100万的数字长江主要河道对比,差别不大。结果表明,所开发软件能够很好地自动生成流域水系,可为进一步开发分布式水文模型提供技术基础。     

AGREE 算法在秦淮河流域河网水系提取中的应用

为解决在平原城市化流域通过数字高程模型（DEM）提取虚拟河网出现河道偏移，平行河网的问题，以典型的秦淮河流域作为研究对象，采用 AGREE 算法进行流域内河道信息校正，对比分析 SRTM DEM 和 ASTER GDEM 两种数据源的河网提取结果。经 AGREE 算法校正后，将 SRTM DEM 和 ASTER GDEM 两种数据源校正后的河网提取结果与2013 版《水利年鉴》 中该流域面积和河道位置、长度进行对比分析，平行河网和河道偏移问题得到解决，同时发现ASTER GDEM 在秦淮河流域提取的虚拟河网效果更优。     

基于DEM的数字河网提取方法及应用研究

基于数字高程模型（DEM）提取水文和地形参数是水文模型与GIS应用集成的基础。运用生成河网所使用的洼地填平方法、高程增加法、D8算法,结合流域高程模型自动提取河网水系集水面积的方法,选取多个阈值进行分析比较,完成了岷江、沱江流域的数字河网提取应用研究。研究结果表明,该套方法提取的河网与实际河流接近,自动化提取程度较高,在分析流域的河网水系结构特征时具有一定的应用价值,提取结果也可以作为三维GIS应用中数字河网建模参考。     

复杂河网水系油粒子模型开发及溢油污染模拟

近年来,油粒子模型在海洋、海湾等水体的二、三维溢油数值模拟中获得广泛应用。然而,河网地区的水流模拟通常采用一维水动力模型,无法根据模型预测结果判断油粒子运动至河网节点后的流动方向,导致现有油粒子模型不能应用于河网水系溢油污染模拟。本研究针对水网地区溢油输移特征,通过定义河网节点出流河道流向因子,判断油粒子运动至河网节点后的流动去向,提出了一种基于油粒子模型的复杂河网水系突发溢油污染模拟方法。将改进的油粒子模型应用于太湖流域重要输水通道太浦河溢油污染模拟,结果表明,流向因子判断法能够正确模拟油粒子在复杂河网水系的迁移和分配过程,基于流向因子判断法开发的油粒子模型适用于水系结构复杂、水流条件多变的河网地区溢油模拟。成果对于提升复杂水网地区溢油风险预警和应急处置能力具有重要的理论价值和应用前景。     

非淹没丁坝下游回流长度及最大回流宽度研究

本文基于二维水深平均水流运动方程组，对一些因素如主回流紊动切应力、主流流速横向分布规律、紊动粘滞系数等作了与前人不同的假设，推导得到了非淹没丁坝下游回流长度及最大回流宽度计算公式，公式计算结果与实测资料进行了对比，研究成果表明：回流长度与坝长、水深、糙度、面积缩窄率，河宽缩窄率有关，最大回流宽度与河宽，面积缩窄率及河宽缩窄率有关，对于矩形河槽，河宽缩窄率等于面积缩窄率，而对于天然河道，两者并不相同。     

数字化水系辅助 DEM 提取 Karst 地区水系的应用研究

近年来,分布式水文模型与 GIS 密切结合已经成为水文预报的研究重点和热点,其中基于 DEM 提取某一流域的水流方向矩阵是其核心之一。然而在中国南方 Karst 地区具有地表和地下二元空间结构,地表有大量的洼地与漏斗和溶洞发育,如果用填洼的常规方法则改变了 Karst 地区真实栅格单元的水流方向,造成大量的平坦地区,而且提取出的水系有大量平行水系与河道的缺失。因此,利用数字化河网修正 DEM 后无需填洼就能提取出接近 Karst 地貌背景下的真实水系,提取出的水系中几乎没有平行水系和河道的缺失 , 而且正确地引导了局部栅格单元的水流流向。用该方法提取的水系对建立 Karst 地区更高精度的分布式水文模型具有很好的应用价值。     

河道中受侧壁影响的断面流速分布规律研究

断面水流流速分布是研究河道水流泥沙运动规律的基础。天然河流断面形态不同,其流速分布特性也有差别:对于比较宽浅的河道,侧壁对断面流速分布的影响较小,流速沿垂线分布梯度较大,垂线上最大流速一般位于水面,垂线平均流速沿河宽方向(横向)分布较均匀;对于较窄深的河道,侧壁对流速分布的影响较大,流速沿垂线分布较均匀,垂线上最大流速一般位于水面以下,垂线平均流速沿河宽分布梯度较大,因此,对于较窄深的河道必须考虑侧壁对流速分布的影响。本文在分析天然河道流速分布特性的基础上,从紊流的雷诺方程出发,推导获得了水流受侧壁影响的横断面流速分布公式和垂线平均流速沿河宽分布的公式。公式计算结果与水槽试验和天然河流实测流速分布资料的比较分析表明,公式能较好地反映流速沿垂线和沿横向的分布特性,具有较好的理论和实用价值。     

岸边并联泄洪洞下游河道冲坑预测

挑流水舌对下游河道的冲刷关系到工程安全。根据动量方程推导了射流在下游水垫中的扩散规律,分析了下游水垫流速对射流扩散的影响,提出了动水垫下射流的临底流速计算方法。研究结果表明:动水流速增加了射流在水中的扩散距离,促进了射流扩散及射流流速衰减,降低了射流临底流速。将研究结果应用于白鹤滩岸边泄洪洞下游河道的冲坑深度预测。模型试验结果表明:在鼻坎水流参数相同的情况下,河道中水流为动水时的冲坑深度较静水时冲坑深度减小约10%,且位于河道下游侧的挑流水舌形成的冲坑深度小于上游侧挑流水舌形成的冲坑深度。与常规预测公式相比,该方法能准确预测不同位置挑流水舌的冲坑深度,研究结果可为泄洪设施下游河道消能防冲设计提供依据。     

无坝取水分流防沙试验研究

都江堰水利工程是人类历史上无坝取水工程的典范。研究分析了都江堰工程的布置特点以及引水防沙原理,与现代分流拦沙技术相结合,应用于我国西部山区某河流的取水枢纽布置。通过模型试验,在河道主流中心位置布置人工岛,将河道分为内江和外江,模拟枢纽的取水防沙效果。结果表明:在内江入口处设置拦沙坎减小了进口附近河段的流速,有效阻碍了泥沙进入,不影响工程取水效果;受拦沙坎影响,内江流速小于天然河道,但由于人工衬砌的内江底部糙率小于天然河道,泥沙随水流一起向下游运动,在弯道环流下大部分泥沙沿人工岛一侧运动并从飞沙堰排入外江,少量进入取水口泥沙沉积在沉沙池。