数字高程模型预处理方法的研究进展

数字高程模型(Digital Elevation Model,简称DEM)是地形表面形态属性的数字化表达,被广泛应用于流域水文模拟中河网水系的提取.从DEM直接提取的河网水系及相关的流域地理空间信息,是分布式水文模拟的地理信息平台.由于DEM中洼地和平坦区的存在会影响水流方向的确定和数字河网的正确提取.因此在河网自动提取过程中必须首先对DEM数据进行预处理.本文对国内外各种DEM预处理方法进行了归纳总结.将DEM数据预处理方法分为两大类:分步处理法,以及一体化处理法.分步处理法按处理对象又可分为洼地处理方法和平坦区处理方法两部分;而一体化处理法则采用迭代算法同时对洼地和平地进行处理.     

基于ArcGIS的DEM流域划分

从数字高程模型DEM(Digit Elevation Models)直接提取河网及流域信息,是分布式水文模型开发与应用的基础.本文利用ArcGIS中的水文分析工具从DEM中提取了流域水文特征.主要包括:DEM的预处理、水流方向的确定、水流累积量提取、河网的提取、集水区的提取和流域的划分.本文探讨了两种不同划分流域的方法...     

基于GIS和DEM的乌江流域地表水文模拟

基于GIS和DEM的流域地表水文模拟可为分布式水文模型提供下垫面数据输入.本文采用内嵌于ArcGIS的地表水文分析工具Arc Hydro Tools,结合ArcGIS及其扩展模块Spatial Analyst,以贵州省内乌江流域为例,进行了流域水文模拟分析.运用Arc Hydro Tools进行地表水文模拟分析,主要包括以下4个流程DEM的预处理、水流方向的确定、汇流栅格图的生成、自动提取河网和子流域边界.试验结果表明,提取河网的空间分布接近实际分布情况,数字流域界线的确定与水文部门基本相符.     

辽河流域径流过程模拟的空间尺度效应分析

针对分布式水文模型的尺度问题,在辽河流域,采用SWAT模型,研究不同DEM分辨率及不同子流域大小导致模拟结果的不确定性。研究结果表明:①DEM分辨率对流域平均高程、流域面积和子流域数量影响较小,而对流域平均坡度有显著的影响,因此径流模拟时需要进行坡度订正。对于河网提取,DEM分辨率为500m时提取的河网与基准河网吻合程度较高。②子流域面积过大,数量过少时,模拟结果与基准结果偏差较大,而在划分一定阈值波动范围内径流对子流域数量敏感性较低。     

水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用

水文网络模型是地理信息系统对流域实际河网水系的一种规范化描述,它采用拓扑关系来确定流域水流的空间聚合与分散。准确地描述水文网络对成功模拟流域水流的空间分布起着至关重要的作用。水文网络数据模型的关键在于如何表达水文网络的构成要素,以及如何建立要素间的拓扑关系。本文重点阐述了水文网络模型在分布式流域水文模拟中的应用。实例研究证明,采用水文网络模型来表达流域河网水系结构有助于准确地模拟流域上水流的空间与时间分布。     

基于DEM的河流流域自动提取及其应用

利用数字高程模型DEM(Digital Elevation Models)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。本文深入讨论了在GIS环境下,从DEM提取流域的基本原理和方法,并且以全中国流域为例,介绍了当前GIS在中国流域研究中的应用。     

基于ArcGIS和DEM在水文流域模拟中的应用

利用ArcGIS软件中的水文分析工具,在DEM表面之上再现水流的流动过程,最终完成水文分析过程。列举实例对ArcGIS与DEM数据进行提取河网、河网分级、生成流域边界等水文分析工作,对形成的水文模型与真实地形进行比较和分析误差。实验结果表明模拟出的河网与水利部门提供的地形资料基本相符,后续研究可利用更高质量的DEM影像进行提取。     

动态链表在提取数字流域排水结构中的应用研究

本文具体介绍了一种结合DEM和实际数字河网确定流域排水结构的方法。该方法引入了链表的概念,在利用流域实际数字河网从流域的出口向上游搜索的过程中,对于湖泊水库等宽度大于一个栅格的河网地区建立链表,通过图的遍历来确定有河网流过的栅格的水流方向。并对无河网地区进行相应处理,保证无河网地区流向的合理性。这样提取的河网可以保证是连续的,提取的模拟河网与实际河网的吻合显示出了高度的一致,并在一定程度上解决了实际洼地和伪洼地的判别。经过黄河流域的算例验证,表明该法简单可行。     

数字高程模型在流域水系拓扑结构计算中的应用

简要回顾了利用数字高程模型自动提取流域水系的方法,着重介绍了Martz和Garbrecht开发的数字高程流域水系模型(DEDNM)的基本原理、模型结构、计算流程,包括数字高程模型中凹陷区域的识别和消除、平坦部位水流流向设定、流域分水线勾划、河网生成、河网与子流域编码及河网结构拓扑关系的建立,并将其应用于淮河史灌河流域--全球能量与水分循环亚洲季风试验强化观测区。结果表明该模型能够很好地自动生成流域水系,从而为分布式水文模型的开发研制提供了坚实的基础。     

GIS环境下基于 DEM流域水文地理信息的提取

以地理信息软件ArcGIS10.0为平台,基于数字高程模型(DEM),探讨其水文分析模块在流域提取、流域水系提取及河流分级的算法和原理。并以汀江流域为例,详述流域水文地理信息的提取方法和步骤,实现流域边界、流域水系的提取及河网的分级。结果表明：以流域面积为主要控制信息,提取的成果均能较好地吻合流域的实际情况,该方法具有操作简单、成果精度高、提取速度快等特点。流域水文地理信息的自动提取为流域水文设计提供了基础数据,具有重要的实际意义。     

平原河网地区汇水区的划分方法——以上海市为例

借助DEM提取汇水区是分布式水文模型计算和面源污染计算的前提条件.在平坦地区直接使用DEM提取出的水系、汇水区边界与现实情况差异很大.针对现有汇水区提取方法存在的问题,在RIDEM模型的基础上提出了一种平原河网地区汇水区划分的方法,该方法通过将道路、建筑物、水系、沟渠、坑塘等影响径流途径的地物要素融合进DEM,达到细化...     

黑河上游高寒山区集水面积阈值确定方法探讨

针对我国高寒山区河流的最佳集水面积阈值确定的问题, 选取黑河上游山区为研究区, 利用SWAT(soil and water assessment tool)模型的流域离散模块(watershed delineator)基于DEM提取河网, 探讨河网总长度与集水面积阈值关系曲线法和适度指数法在高寒山区的适用性. 结果表明: 两种方法所对应的最佳集水面积阈值相差较大, 所提取的河网难以反映河流真实情况, 效果较差, 主要原因是上述方法仅考虑流域面积、地形和几何特征的影响, 缺乏对降水和其他下垫面因子的综合考虑. 相较而言, 利用蓝线河网推求最佳集水面积的适度指数法的效果较好. 在高寒山区进行河网提取时, 应综合考虑影响河网发育的各个因素, 在流域分区的基础上, 通过不同集水面积阈值实验, 获取更高精度的数字河网, 改善分布式水文模型的空间离散效果.     

基于DEM的流域降雨径流模拟——以蒲石河流域山区为例

DEM是目前用于流域地形分析的主要数据,基于DEM的水文模拟技术,在流域地形分析及水系构建等方面已形成了比较成熟的算法,给传统的水文模拟技术带来了根本性的变化。以蒲石河流域山区为例,借助流域水文软件WMS,结合ARCVIEW和SURFER软件,计算了流域的面积、周长、坡度与形状因子等参数。在生成山区数字高程模型的基础上,采用WMS嵌入的HEC-1模型对一场降雨进行了降雨径流模拟研究。     

数字地形分析技术在分布式水文建模中的应用

论述了在栅格数字高程模型（DEM）的基础上，利用数字地形分析技术来完成地形评价、河网指示、流域分割、子流域参数化等项工作的理论与方法。并结合江西潋水河流域的实际工作进行了详细的说明。研究结果表明，通过数字地形分析的方法，利用栅格DEM实现流域离散化并从中提取分布式水文模型所需要的输入参数是一种行之有效的手段。     

三峡区间入库洪水实时预报系统研究

三峡区间的数字流域水系模型采用基于格网型的数字高程模型坡面流模拟方法和处理"洼地"的最短流程法构建,并以新安江模型为基础建立具有诸多特点的三峡区间流域水文模型;以水动力学理论为基础建立考虑水利工程影响的河川型水库洪水演进模型,并实现这两者的有机耦合。在GIS平台上,将三峡区间流域水文模型、库区洪水演进模型和流域水系生成模型在底层集成,研制了功能先进和完善的三峡水库实时洪水预报系统。该系统已安装在三峡总公司梯级水库调度中心,投入试运行。     

空间分辨率与取样方式对DEM流域特征提取的影响

随着数字水文的兴起和分布式水文模型研究的发展, 利用DEM提取水文特征, 进而进行水文模拟的方法越来越广泛地为水文学者所采用. 空间分辨率的改变与DEM重新取样方式对水文模拟都会产生重要影响. 采取不同取样方法获得多种尺度的DEM, 对不同分辨率下的流域特征值进行了统计分析与比较, 引入熵的概念度量不同分辨率的DEM包含的信息量, 以及不同取样方式对信息量的影响. 并计算了以50 m DEM所包含的信息量为基准, 在不同的信息损失下所要求的最低分辨率.     

数字高程模型分辨率对流域地形特征参数的影响

地形特征(如高程和坡度)和水文特征(如河流长度和河流坡度)是分布式流域水文水质模型的基础输入参数,用于量化描述模型模拟流域的自然特征。这些特征参数的准确性直接影响水文水质过程模拟的准确性。应用数字高程模型(Digital Elevation Model,DEM)在4个不同地形的子流域研究了10种不同分辨率DEM对平均高程、流域面积、坡度、河流坡度、最长河长等参数的影响。结果表明,随着DEM分辨率降低,流域地形变缓,流域平均坡度逐渐减小;随着DEM网格分辨率的变化,子流域划分范围和河道位置也都可能发生变化,且该变化在地形起伏较小的丘陵平原地区较明显,子流域集水面积和河长进一步随之改变;河流坡度随DEM分辨率降低则呈无规则变化。从地形和水文参数两方面揭示了DEM 分辨率在分布式流域模型中的不确定性影响。     

Automated extraction of watershed boundary and drainage network from SRTM and comparison with Survey of India toposheet

The recent development of digital representation has stimulated the development of automatic extraction of topographic and hydrologic information from digital elevation model input, using geographic information system (GIS) and hydrologic models that integrate multiple databases within a minimal time. The objective of this investigation is to compare the drainage extracted from Shuttle Radar Topography Mission (SRTM) data with the drainage digitized from topographic data (1:50,000) and also to draw attention to the functions of an add-on tool in ArcGIS 9.2 (Arc Hydro v.2) of Kuttiyadi River basin. The analysis reveals that the watershed extracted from the SRTM digital elevation model (DEM) (90 m resolution) is having an area of 668 km² and that from toposheet is 676 km². The river mouth in the drainage network from the SRTM DEM is found to be shifted to the northern side from where it actually exists. The drainage network from SRTM DEM at stream threshold 15 (0.0002 % of maximum flow accumulation) is delivering best results than the other threshold value in comparison with the drainage pattern derived from toposheets. The study reveals the importance, reliability, and quaintness of drainage network and watershed derived from the SRTM using the Arc Hydro Tool, an extension for Environmental Systems Research Institute ArcGIS. The advantage of the Arc Hydro Tool is that it would help a novice with little GIS knowledge to run the model to obtain watershed and drainage network.