平原河网区生态流量阈值研究——以江汉平原典型河流为例

生态流量是维系江河湖泊水生态系统的重要保障,而平原河网区水系错综复杂,传统生态流量计算方法适用性较差,开展平原河网区的河流生态流量阈值研究具有重要意义。以湖北省江汉平原典型河流为研究对象,从基本生态、特殊生境以及水环境保护等方面开展平原河网区的生态流量阈值研究,以多样化、动态化的需水过程定义生态流量阈值,结果与实际相符,研究成果可为平原河网区生态流量阈值的确定及应用提供借鉴。

数字高程模型在泾河流域水文要素分析中的应用研究

随着数字模型技术的发展,通过ArcGIS软件来分析模拟流域地形特征及提取各类水文要素已成为流域水文预报模型重要的参数来源。该文基于数字高程模型数据,通过ArcGIS软件分析泾河流域内河网分布、流域分水岭等矢量数据,研究水文要素提取方法与步骤。结果表明,数字高程模型数据的精度对流域水文要素的提取影响明显,对于泾河流域,精度高于30m的数字高程模型数据可满足实际分析需求,且研究前需要对数字高程模型数据进行预处理;流量累积阈值与河网、河源密度都存在幂函数关系,且随着流量累积阈值的增加,河网总长度总是以同等比例减小,当阈值设置为泾河流域面积的20%时能够真实的反映出流域水系特征与分水岭范围;通过ArcGIS软件可继续完成如同降水量等值线图等其他水文专题地图的绘制,表明数字高程模型具有较广的适用性与延展性。因此,利用数字高程模型数据可高效方便的提取出水流方向、汇流累积、矢量河网等水文要素,其精度高且适用范围广,可为水文预报模型构建提供有力的技术支持。

数字河网提取时集水面积阈值的确定

为得到一种切实可行的阈值选取方法,使提取的数字河网有利于后期的水文分析,以古蔺河流域为例,应用ArcGIS水文分析模块,基于30 m分辨率的DEM基本地形数据,采用"阈值—河网密度"的方法做出其关系图,利用"阈值—河源密度"的方法进行检验。结果表明,这种方法是可行的,避免了在阈值选取方面的盲目性,同时也可以应用到其他流域的数字河网提取。

利用DEM提取河网时集水面积阈值的确定

在O′callaghan和Mark方法中引入了集水面积阈值的概念,对于同一流域利用不同集水面积阈值得到不同的河网。提出了利用河源密度(或河网密度)与集水面积阈值的关系确定理想的集水面积阈值,当河源密度(或河网密度)趋于稳定时的面积阈值为所需要的。将该方法应用于沿渡河流域得到的河网与地形图中的“蓝线”河网拟合较好。提出的方法排除了在选取集水面积阈值时的主观随意性。

天山西部山区流域信息的提取

为了较合理准确地建立天山西部山区分布式水文模型,以哈什河流域为研究区,用新疆比例尺为1∶250000、分辨率为100mDEM数据作为基本的地形数据,并借助ArcGIS软件,探讨了天山西部山区流域信息提取的方法。在水系提取过程中,通过引进河网密度来确定集水面积阈值的方法能够提取较合理准确的流域水系,提取的主河道长与实际误差为1%,流域面积与实际误差为0.6%,提取的河网同实际的误差较小,完全能够满足水文模拟与生产的需要。

基于DEM的黑龙江宾州河流域水系提取试验研究

基于数字高程模型(digital elevation models,DEM)提取河网及相关流域信息是数字水文研究中的热点问题。以东北黑土区宾州河流域为研究区域,采用5m分辨率的DEM作为研究数据,运用ArcGIS9.2中的Hydrology水文处理工具包(Arc Hydro Tools)提取研究区河网特征。研究结果表明,分别采用0.75,1.25,2,2.5,3.75和5km2的集水面积阈值提取流域河网特征时,不同集水面积阈值对确定主河道的空间位置影响较小,但提取的数字流域河网特征会发生较大变化。基于河网密度与集水面积阈值及河源密度与集水面积阈值的关系探讨了适宜的集水面积阈值确定方法,发现取集水面积阈值为2km2时提取的河网特征与实际水系特征基本吻合,精度达95%以上。因此,基于Arc Hydro Tools的流域特征自动提取是切实可行的。

面向大尺度区域分布式水文模型的子流域划分方法改进

子流域划分是构建流域/区域分布式水文模型的基础工作,关系到流域/区域水文模拟和预报精度的好坏。在针对大尺度区域进行子流域划分时,目前普遍使用基于地表径流漫流模型,通过单一集水面积阈值进行河网提取和子流域划分的方法在准确描述研究区的空间范围、确定流域出水口、提取内流区河网等方面存在一定不足。为此,作者对传统子流域划分方法进行改进,面向大尺度区域分布式水文建模提出一套基于流域出水口自动识别和多阈值虚拟河网融合技术的子流域划分方法,该方法包括4大部分,即流域出水口的识别,大、小集水面积阈值的确定,多阈值虚拟河网融合,子流域划分与编码。应用该方法对全国范围内进行了水系提取和子流域划分,共划分子流域25 174个,子流域平均面积381 km2,最大面积5 512 km2,最小面积4 km2,模拟范围与全国水系实际范围的吻合程度达到99.92%。进一步地,将研究结果与全国实测水系和现行流域区划成果进行对比分析,验证了该方法的适用性。该方法高效快速,在准确刻画大尺度区域范围的同时大幅降低了子流域个数,兼顾了模型模拟效率,较好地解决了传统子流域划分方法在大尺度区域分布式水文建模中面临的难题。相关研究可为大尺度区域分布式水文模型构建提供基础支撑,有助于更好地为大面积区尤其是国家宏观层面的水文水资源管理服务。

基于改进适度指数法的流域流水网阈值确定研究

针对集水面积阈值为提取河网的关键参数,提出了采用改进的适度指数法确定理想的集水面积阈值,并与常用的河网密度法进行了比较,以多营坪流域为例完成了河网水系提取分析。结果表明,该方法提取的水系与蓝线水系拟合精度较好,优于河网密度法提取的水系。

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 w ater assessment tool)模型的流域离散模块(w atershed 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数据与GIS技术方法的水文信息提取研究——以莲花县为例

随着地理信息技术的发展,利用GIS技术手段模拟区域水文分布状况及信息提取是十分必要的.本文基于DEM基础数据,利用ArcGIS软件的水文分析工具,对流向、河网累积值、河网水系、流域面积等水文信息进行了提取,着重对河网提取阈值的选择作了相关分析.结果显示:随着河网阈值逐渐增大,河网密度逐渐减小,二者具有幂函数关系;河网阈值为2000时,提取的河网水系其长度、流域面积及空间分布与县域内实际水系相符合;河网阈值大于4000时,河网密度与空间分布变化幅度趋于稳定,提取的河网水系可用于宏观规划及把控等方面.本研究在一定程度上给予河网水系的提取提供了参考.

基于水环境质量底线汇水单元划分的实践研究

水环境质量底线划定是“三线一单”的重要组成部分。在国家确立的控制单元的基础上,进行水环境控制单元细化,是水环境质量底线划定的关键环节。基于水环境控制单元划分时汇水单元阈值选取往往存在一定的盲目性,该研究以湖南省为例选取典型区域,在水平分辨率30 m的DEM栅格数据条件下,通过“阈值(栅格数)-河网密度”拟合曲线的一阶导数求得合理的参考阈值。该研究为“三线一单”水环境控制单元划分时汇水单元阈值选取提供方法参考,也为省、市两级编制“三线一单”的省份在以水环境控制单元为载体的分层次精细化管理方面提供了可借鉴的经验。

地下河日流量预测模型

将门限自回归模型(TAR)和小波—BP神经网络组合模型应用于后寨河流域出口流量的预测中,建立了阶数分别为5、4、1三段的自回归模型。采用db3小波对地下河日流量序列进行分解作为BP神经网络的输入,建立小波—BP神经网络组合模型。从绝对误差和相对误差角度对比分析两种模型,得出小波—BP神经网络组合模型更适合本地下河日流量预测。针对两模型的不足提出了改进的建议。

GIS环境下泾河流域水系特征的提取及探讨

利用ArcGIS的水文分析模块对泾河流域河网水系进行自动提取,得出了泾河的水流方向、汇流累计量、分级河网、子流域边界等河网信息,使用自动提取与人工矢量化相结合的方法对面状水域的河流边界进行处理,克服了水系特征自动化提取在宽阔水域方面的缺陷,从河网密度与集水阈值的关系出发,确定了河网提取的阈值,避免了以往阈值设定的随机性。结果表明:基于ArcGIS平台的泾河水系提取虽然在大面积水域边界提取方面存在不足,但提取的整体效果良好、成本低,极大地提高了水系特征提取的自动化水平。

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。

气象干旱到不同等级水文干旱的传播阈值——以沁河流域为例

系统量化气象干旱到不同等级水文干旱的传播阈值对水文干旱早期预警与精细化管理具有指导作用。本文以黄土高原沁河流域为例,采用标准化降水指数和标准化径流指数表征气象干旱、水文干旱,运用游程理论识别干旱事件,并对干旱事件进行合并、剔除及气象干旱与水文干旱事件的匹配,同时使用贝叶斯网络结合Copula函数构建模型求解气象干旱到不同等级水文干旱的传播阈值。结果表明:随着水文干旱等级的升高,气象干旱到水文干旱的传播阈值增大,在传播过程中气象干旱强度削弱;沁河流域引发中度、重度及极端水文干旱对应的气象干旱历时阈值分别为12.8月、21.8月、30.9月,烈度阈值分别为14.2、22.4、30.0;沁河流域耐旱能力强与流域气象及下垫面条件有关。

基于ArcGIS-Matlab的流域集水面积阈值确定方法

为准确判定流域的最佳集水面积阈值,基于重庆市梁滩河流域12.5m精度DEM,利用ArcGIS水文分析工具提取流域河网水系,并分析了河网(河源)密度与集水面积阈值的相关性。结果表明,河网(河源)密度随集水面积阈值的增加而降低,且当阈值超过2000时,其下降速度由急剧变为缓慢;采用幂函数可较好表示河网(河源)密度与集水面积阈值之间的关系,判定系数均达0.998;利用离散程度差异法并借助Matlab的运算程序可快速判定梁滩河流域的最佳集水面积阈值为2400。

基于DEM的湟水流域河网阈值分析

基于ArcMap10.2,提取了湟水流域在不同集水面积阈值下的河网,采用河网密度法和水系分维法分别确定阈值,提取河网与实际河网作叠加分析,对比得出最佳阈值,判断流域地貌侵蚀发育所处的阶段。结果表明,阈值越大,河网越稀疏;集水面积阈值与河网密度之间存在幂函数关系,采用河网密度二阶导数法、水系分维法计算出的阈值分别为13 000、14 000,河网密度法提取出的河网与实际吻合度更高,两种方法对比验证提高了流域阈值选定的准确度,最后得到湟水流域最佳集水面积阈值为13 000;盒维数计算结果为1.065 5,说明流域地貌正处于侵蚀发育的初始阶段。

基于地形带分类的最佳阈值与河网密度关系研究

为了使分布式水文模型计算单元更好地反映垫面特性,基于地形带的分类,运用ArcGIS软件的划分单元面积功能,采用改进的适度指数法推求长江上游研究区流域的最佳阈值,能够最终确定不同地形带流域河网密度与最佳阈值的关系。实例结果表明:采用改进的适度指数法可以生成反映实际水系,且与蓝网拟合程度高的模拟河网;根据不同地形带的河网密度与最佳阈值关系和已知蓝线河网密度,可以快速得到流域的最佳阈值。

基于DEM和ArcGIS的浐灞流域水文特征提取研究

基于DEM数据,在ArcGIS环境下,提取浐灞流域的坡度、坡向地形特征以及不同集水阈值下的流向、河网密度、河源数等水文信息。结果表明:集水阈值和河网密度、汇流面积之间存在幂函数关系,阈值越大,河网越稀疏;对其二阶求导确定了流域的最佳阈值为8000,避免了以往确定阈值的主观随机性。运用ArcGIS嵌套软件TauDEM提取了最佳阈值的河网,并利用Strahler法对河网进行了分级。提取的河网与浐灞自然水系基本吻合,流域地形水文特征符合流域概况,可直接作为水文模型参数,为浐灞流域的分级管理提供数据支持,该方法提高了建立流域水文模型的效率,成本低且精度高。

基于TM影像的流域河网信息提取

针对韭园沟流域的TM影响,采用单波段阈值法、谱间关系法、归一化水体指数、HIS彩色模型4种方式进行流域河网信息提取,得出以下结论:(1)基于TM影像6波段的单波段阈值提取方法,可以获得较清晰的河网信息,主支流河网连续性较好,河流脉络明显,但是由于遥感影像上阴影的影像,单波段改变提取阈值难以把阴影与水体进行有效区分,提取效果仅能作为一个参考;(2)利用谱间关系法和IHS颜色模型提取的河网,主干道提取效果明显,大面积的水体也可以很好地表现,支流河网只能表现大致的轮廓,存在许多严重的断流现象。