基于AGREE算法与BURN-IN算法的平原灌区DEM河网提取问题剖析

基于数字高程模型(DEM)的区域水系提取应用较为广泛,当提取对象为平原灌区时存在突出问题,如河道断裂、平行河道的出现以及末端支流的提取未果等造成的子流域划分结果与实际轨迹不符等现象,数字化河网的精确程度直接影响后续的区域水文分析,故该问题值得关注。【目的】优化DEM河网提取结果。【方法】基于Agree算法和Burn-in算法下的提取河网,并从浅表、DEM因子与河网提取的相关关系等方面进行原因分析,进一步提出解决方法。【结果】2种算法下平原灌区河网提取问题的主要原因是DEM离散误差、栅格像元值的真实程度、栅格像元的精度以及地表的无渗漏假设;提出的解决方法为栅格像元水平分辨率的提高与主河道断裂部分的栅格重计算。对于坡度范围为0°～10°的平原灌区,坡度对地表水流方向的形成影响较小,不具备影响河网提取问题的能力;栅格像元水平分辨率提高10 m×10 m时,平原灌区2种算法下数字河道提取首要问题成功解决;主河道断裂部分的栅格重计算虽成功提取原断裂部分河道,但有新的断裂部分生成,未从根本解决。【结论】Agree算法和Burn-in算法下的基于DEM的平原灌区河网提取问题,经一系列原因剖析和解决方法的提出与应用,提取结果较为满意,提倡学者能够结合2种方法思路作为解决类似平原灌区的提取数字河网出现的问题。

基于AGREE算法的河流水系提取

针对从DEM中提取河流水系时出现的平行伪河道及河道裁弯取直现象,以湖北省阳新县为例,应用AGREE算法输入数字化真实河流水系对DEM进行调整,并对比调整前后的模拟河流与矢量化的真实河流。结果表明,调整后的模拟河流与真实河流的吻合度更高,且消除了平行伪河道及裁弯取直现象。可见AGREE算法可解决从DEM中提取河流水系时的平行伪河道及河道裁弯取直问题,但需结合不同研究区的特点设定合适的参数。

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。

基于梯田DEM水流路径模拟算法的比较

大面积梯田的修筑,极大地改变了地表微形态,使地表坡度、径流路径和汇流方式发生改变,进而影响到土壤侵蚀强度。基于5 m分辨率的DEM数据,利用真实田坎信息构建梯田DEM,采用AGREE算法对梯田DEM进行预处理,通过比较分析不同集水面积阈值提取的梯田DEM沟道信息,初步探索合适的填洼算法和流向算法应用于梯田DEM的水流路径模拟。结果表明:利用M&G算法填洼处理,MFD-md算法确定流向,能够更好的模拟梯田区域的水流路径。

河网提取算法中河道断裂现象原因剖析及算法改进

Burn-in算法和AGREE算法是目前应用广泛的基于实际河网高程强迫修正的河网提取算法。该算法能有效提取出同真实河网高拟合度的模拟河网,但某些情况下,所提取的河网会产生"断裂"现象。河网"断裂"现象的产生在于实际河网栅格高程"高估"和"低估"所引起的局部流向计算错误,其中所有"低估"类以及大部分"高估"类影响都是可以通过填洼等方法加以消除的,即不会产生"断裂"问题。真正产生"断裂"的原因是:存在"高估"类河网栅格且"高估"所带来的影响无法通过填洼等操作加以消除。基于此,对Burn-in算法和AGREE算法进行修正,提出一种消除"高估"类影响的解决方案,从根本上解决河网"断裂"问题,实现程序自动化处理。渭河流域实例应用表明,改进算法可有效解决模拟河网"断裂"问题,且适用于多种基于高程的强迫修正算法。

基于DEM的塔里木河流域数字河网提取与分析

针对干旱半干旱地区数字河网提取及修正问题,以塔里木河流域为研究区域,基于30 m水平分辨率AETER GDEM数据产品,利用Arc Hydro Tools模型对流域河网进行提取,并以水文站为子流域出口断面划分子流域,分析不同类型地貌特征河网提取与实际情况的差异,对河网提取与实际情况误差较大区域基于AGREE算法进行DEM修正。结果表明:(1)基于DEM进行河网提取的结果在地势起伏较大的山地精度较高。在丘陵平原等地区由于采样误差、人类活动等原因精度较差甚至出现错误,对不同类型的地貌单元应进行不同程度的DEM修正使提取河网与实际情况相符合。(2)河网提取时将汇水面积阈值设定为子流域最大汇水累积量1%时提取结果与实际情况最为符合。(3)从提取的效率来看,利用DEM和Arc Hydro Tools并结合DEM修正技术对流域河网进行提取效率较高,适用于水文模型构建的基础工作。

基于地表校正和河道烧录方法的河网提取

针对现有的数字高程模型(DEMs)在自动提取虚拟河网过程中易受洼地、平原地区影响,产生不连续的或平行的错误河网的问题,本文基于Arc Hydro Tools,阐述了地表校正(Agree算法)和河道烧录(Stream burning)方法提取虚拟河网的关键步骤和基本思路,并以环渤海地区为例,分析了有(无)河网辅助信息下,河网提取结果的准确度。研究结果表明,增加辅助信息更有助于提高虚拟河网的精度和准确性,且河道烧录方法在虚拟河网的提取上比Agree算法更有优势。由于环渤海研究区平原面积广大,对提取结果有较大的影响,提取结果的精确度不高。针对这一问题,本文综合河道烧录和地表校正(Agree算法)的特点,提出一种河网提取的改进思路,并选取滦河流域作为验证区。通过对比,改进后的河网提取结果与中国实际河网分布较为吻合,说明该改进思路是较为合理、可信的。