基于分形曲面的河道槽蓄量计算精度影响因素研究

针对河道床面形态存在自相似性的特点,采用分形布朗运动数学模型模拟了不同起伏度和复杂度的概化地形曲面。按一定间距在曲面上提取断面数据,采用断面法计算曲面与某参考面之间的体积。将该体积计算值与理论值的差值同床面分形维数及其起伏程度进行相关性分析,结果表明,利用断面法得到的河道槽蓄量计算误差与床面形态有关。相对误差与描述地形复杂度的分维数呈指数递增,与描述起伏程度的均方差之间呈线性递增。

河道槽蓄量计算模块功能设计与实现

河道槽蓄量计算是水文专业最基本的计算之一,在流域开发、航道清淤、防洪减灾及河道整治等方面有着重要意义。分析了槽蓄量传统算法的优缺点,对传统的数字高程模型法进行了改进,改进后的方法可用于计算DEM数据格式下带有比降的河道槽蓄量;对河道槽蓄量计算系统进行了功能设计与实现,给出了计算流程。

利用元胞自动机计算河道槽蓄量

构建基于元胞自动机的河道水流漫延模型,在该模型中针对河道地形特点处理边界问题,基于水力学中的曼宁公式构建模型局部转换规则,并利用元胞自动机的模拟空间复杂系统动态演变能力的特点,模拟了水流由上断面向下断面流动的动态过程,形成符合上下断面水位的水面,进而计算河道槽蓄量。实验结果表明,把元胞自动机模型引入水文领域计算河道槽蓄量的方法具有可行性。

地形复杂性对河道槽蓄量计算精度的影响

通过数学曲面建模和3dsmax曲面建模两种方式建立概化河道曲面,按一定间距对曲面进行离散化,利用得到的采样数据计算了曲面与参考面之间的体积及与理论值的相对误差.采用分形维数对曲面复杂程度进行量化,得到了曲面分维数与体积相对误差之间的相关关系.结果表明:在不考虑地形测量误差的理想条件下,河道槽蓄量的计算精度与床面复杂程度线性相关;但床面复杂程度并不是唯一的影响因素,相同曲面分维数下相对误差并不相同,甚至相差很大.

水文传感网环境下的河道槽蓄量自动计算

结合OGC SWE的规范和工作流技术,提出了一种水文传感网环境下的河道槽蓄量自动计算方法。该方法基于SOS规范的水文观测服务实现水文数据的发布,采用WPS规范实现河道槽蓄量计算,利用BPEL工作流技术实现服务的组合。实验采用金沙江下游水文观测数据实现了河道的槽蓄量计算,验证了方法的可行性。

复杂河型下槽蓄量计算模式改进方法研究

河道槽蓄量变化是河道演变分析的重要内容,以往多采用断面法进行简化计算,但在多级分汊或有支流汇入的复杂河型中,断面法通常需人工单独处理,计算效率较低。通过引入分汊河道水面宽度比,优化分汊处断面计算面积的分配、增补断面估算支流河口附近漏测区间槽蓄量、采用地形法还原不同水位下断面间距等方法改进后,实现了槽蓄量批量运算。对比结果表明,改进方法大幅提高了槽蓄量计算效率及精度,可为各类复杂河型下的槽蓄量批量运算提供参考。

基于流域储水量精细化模拟的干旱指数构建及应用

为构建一种客观反映河道槽蓄量、水库蓄水量和土壤含水量联合亏缺的干旱指数,以秦淮河流域为研究区,基于500 m×500 m分辨率的VIC-FLASH模型,通过精细化模拟流域河道、水库和土壤中存储水量的变化过程,构建了标准化流域储水指数(SWSI),并应用SWSI对1980—2019年秦淮河流域历史干旱事件和干旱特征进行分析,验证了其可靠性和应用优势。结果表明:高分辨率VIC-FLASH模型可以较好地模拟流域储水量时空分布,流量过程模拟结果平均相对误差为10.6%,流域内6座水库实测与模拟蓄水量相关系数为0.53~0.86;SWSI可以准确识别干旱事件和反映区域干旱严重程度,干旱烈度与实际受旱面积的相关系数为0.88;1980—2019年逐日SWSI与标准化径流指数和土壤含水量距平指数的相关系数分别为0.89和0.98;SWSI不仅可以定量反映流域储水量的亏缺状态,而且可以更加客观地反映旱情时空演变过程。