单流向算法与多流向算法下土壤侵蚀因子的比较研究

本文分别论述了单流向算法与多流向算法下土壤侵蚀因子提取的基本原理、计算模型以及计算流程,并以陕北黄土丘陵区为实验区域,以30m分辨率DEM数据作为基础数据,对比分析了单流向算法与多流向算法下土壤侵蚀因子的空间结构特征与空间数据统计特征。实验结果表明,多流向算法具有与DEM相似的空间结构特征即表面光滑连续特性;空间数据统计分析表明,单流向算法与多流向算法对土壤侵蚀因子的计算影响,在土壤侵蚀因子计算值较小区域有显著性差异。

单流向法地形湿度指数尺度效应的不同地形区差异分析

利用DEM提取地形湿度指数(Topographic Wetness Index,TWI),以满足既定地理模型构建,需考虑不同地形区TWI提取的尺度效应。该文根据实际应用中的DEM分辨率尺度,生成1m、2.5m、5m、10m、20m、30m分辨率尺度的6景DEM;利用单流向算法提取研究区TWI;通过定性和定量方法分析了在不同DEM分辨率尺度中,居民地、梯田、湖泊和自然地形区4种地形区域中TWI值分布特征。结果表明:不同地形区TWI的尺度效应差异较大;随着DEM尺度增大,TWI值域逐渐缩小,变异程度逐渐增强,反映地表形态变化的能力逐渐减小;当DEM尺度大于5m时,TWI基本不能反映人工地形区域;自然地形区的TWI变化规律与研究区整体TWI变化规律相当,居民地与梯田的TWI变化规律大致相同,湖泊区域的TWI变化相对稳定。

基于拉格朗日公式的水流路径算法研究

提出了一种水流路径算法,该算法通过以各格网点为中心建立3×3窗口内基于6条拉格朗日曲线构成的局部曲面,再利用当前点在局部曲面中的等高线曲率选取合适的单流向算法以确定当前点的水流方向及其向下游点的流量分配比例。最后通过实例证明了该方法在水流累积量计算中的良好效果。

地形指数算法设计对分布式水文模型径流模拟影响研究

阐述了单流向、多流向的地形指数算法设计思想,介绍了改进的多流向IMFD算法并对其进行了修正,构建了基于TOPMODEL概念的分布式水文模型。以汉江上游的酉水街流域为例,利用不同算法计算地形指数并代入模型检验。结果表明,不同的地形指数算法得到的地形指数及地形指数空间分布曲线均有较大的差别,但对分布式水文模型的径流模拟系数及径流总量模拟影响不大,仅在地表径流和地下径流量的模拟有一定的差别。采用改进的多流向算法模拟精度较高。

小流域尺度土壤水分与地形湿度指数的相关性分析

以陕北黄土高原为实验样区,考虑到流向的计算方法会对计算地形湿度指数产生影响,因而采用单流向算法和多流向算法计算得到地形湿度指数,将地形湿度指数和实测土壤水分数据进行叠加,据此分析土壤水分与地形湿度指数的相关性。同时对比分析单流向算法和多流向算法计算得到的地形湿度指数质量的优劣,提出了利用地形湿度指数模拟土壤水分的最佳流向算法。

基于ArcGIS Model Builder的地形指数提取方法及实践研究

流域地形指数水文模型TOPMODEL已被应用于陆面模式(Land surface Models, LSMs)以改进陆面模式对水文过程的模拟。地形指数(ln(α/tanβ))是TOPMODEL的核心,是进行水文分析的重要指标。因此,高效的提取地形指数信息非常重要。本文将淮河流域作为案例区,以地形指数单流向算法为理论基础,利用ArcGIS9的Model Builder建模工具,建立地形指数提取模型。在模型设计过程中充分考虑到汇流面积、坡度等参数的有效性,使模型具有较高的通用性。使用者启动模型加载数据即可简单又快速地获得地形指数分布数据。

利用不同数字高程模型的水系提取对比分析

水系提取是研究流域水文的基础,基于单流向算法(D8),选取SRTM DEM与ASTER GDEM两种高程数据提取水系,试验得出SRTM的汇流累积量阈值为10 000(栅格),GDEM的汇流累积量阈值设定为90 000(栅格).分别用两种DEM合适阈值提取的水系结果对比分析,并利用实际河网和遥感影像进行验证,结果表明:利用SRTM DEM提取大范围水系的精度和效率较高.相对于平坦地区,地形起伏大的地区精度更高.可用于指导水系提取时数据源的选取.

基于土壤侵蚀的元胞自动机转换规则框架

黄土高原的土壤侵蚀过程可以被看做是一种地形演变的复杂系统。元胞自动机是一种能够很好的体现这样复杂现象的理论模型,因其非线性的特点使得其在土壤侵蚀的预测方面相比其他模型能够有一定的优势。本文利用元胞自动机的思想对于在降雨条件下的土壤侵蚀过程进行探究。利用每个单位元胞内的水量平衡和泥沙平衡构建元胞之间各参数的转换规则,利用D8流向算法计算水流方向。综合得出一种基于水量平衡与泥沙平衡的土壤侵蚀元胞自动机转换规则框架,并利用netlogo建模环境来实现模型,得出了较好的模拟结果。

局部曲面正切曲率与流线曲率的水流路径算法

在局部特殊地形如细窄的沟渠等地带,水流方向可能是惟一的,即当前点的水应全部流入下游惟一的格网点,此时若采用多流向算法不仅会导致水流方向产生较大误差,而且可能影响区域汇水面积的精确计算。为解决此问题,本文提出了一种水流路径算法,该算法通过以各格网点为中心建立3×3窗口范围内的局部趋势面,利用该点在局部趋势面中的正切曲率和流线曲率选取合适的单流向或多流向算法来确定并计算该点的水流流向及流量分配比例。最后通过实例证明了该方法在水流累积量计算中的良好效果,并在一定程度上为格网DEM沟谷段和分水线段的提取奠定了基础。