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1.
TOPMODEL中地形指数ln(α/tanβ)的新算法 总被引：1，自引：1，他引：1
TOPMODEL中地形指数ln(α/tanβ)被用来近似表征流域径流源面积和地下水水位的空间分布特征,目前广泛使用的计算地形指数的方法为多流向算法(FD8算法).本文首先介绍了多流向算法的基本原理,并基于此对流动累积分配中的有效等高线长度精确计算提出了几何锥面内切圆算法,同时改进了传统的地形指数中单位等高线汇流面积α的计算方法,增强了多流向算法对DEM中异常栅格的处理能力.改进后的地形指数新算法在两个不同流域和不同分辨率DEM上与传统多流向算法进行了对比分析.结果表明新算法在原理上更符合地形指数物理意义,实际应用中其计算结果更准确.这种地形指数新算法的提出对于流域水文过程机理分析及陆面过程定量化研究具有一定的现实意义. 相似文献
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DEM流径算法的相似性分析 总被引：4，自引：0，他引：4
流径算法是分布式水文模型、土壤侵蚀模拟等研究中的关键技术环节,决定着汇水面积、地形指数等许多重要的地形、水文参数的计算。本文以黄土高原两个典型样区的不同分辨率DEM为研究对象,对常用的五种流径算法(D8、Rho8、Dinf、MFD和DEMON)通过相对差系数、累积频率图、XY散点分布图等进行了定量的对比分析。结果表明:算法的差异主要集中在坡面区域,汇流区域各类算法的差别较小;算法差异在不同DEM尺度下都有所体现,但高分辨率下的差异会更明显;在地形复杂区域,多流向算法要优于单流向算法。研究也进一步指出汇水面积、地形指数等水文参数对流径算法具有强烈的依赖性。 相似文献
3.
《地理与地理信息科学》2017,(4)
基于数字高程模型(Digital Elevation Models)进行河网提取是数字地形分析的重要研究内容和水文分析的关键步骤,而流向算法是其中最重要的部分。然而,传统的流向算法在平坦地形区域容易形成平行河网。为解决平行河网问题,该文提出了一种结合Priority-Flood算法漫水思想和改进D8算法的流向算法。借助Priority-Flood算法的漫水思想,可以保证流向符合宏观地形特征;同时将地形划分为上坡、平地和下坡3种类型,辅以PriorityFlood算法可以实现在不填洼的基础上计算流向,而且针对不同地形,采用相应的改进D8流向算法,从而保证流向符合微观地形特征。通过这两种算法的结合,可以直接使用原始DEM提取河网,消除了填洼过程,提高了流向计算效率,同时消除了填洼造成的大量平地,有效地解决了平地区域平行河网问题。最后,选取全球不同区域SRTM数据对JD算法与新算法进行对比实验,结果表明,新算法能够有效地改善平行河网问题。 相似文献
4.
流域输沙过程是地貌学和地表动力学的重要研究内容,但传统的输沙过程监测方法仅能得到某个区域的总输沙率,无法推算其空间分布。论文以黄土高原绥德县窑家湾小流域为例,利用无人机摄影测量技术得到其2006年和2019年2期数字高程模型(DEM)并计算地形变化量;然后,根据质量守恒原理和多流向算法建立泥沙在空间上的输送模型,进而计算小流域输沙率的空间分布。实验结果表明,该模型能有效模拟泥沙在空间上的输送情况,输沙率出现质量不守恒的区域面积占比小于4%,且不守恒区域多为人类活动影响区。同时,论文讨论了DEM的选择和不同地形变化检测水平对模型结果的影响。当使用第一期DEM进行泥沙搬运路径推算时,质量不守恒区域的面积显著降低。使用误差空间分布图进行地形变化检测得到的输沙率结果鲁棒性更强。使用中误差进行地形检测得到的结果在不同置信度下变化较大。基于无人机地形变化检测的空间输沙模型能方便、快捷地提供详尽的输沙率空间分布,为地表过程研究带来了新的机遇。 相似文献
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平缓地区地形湿度指数的计算方法 总被引：8，自引：3，他引：5
地形湿度指数( topographic wetness index) 可定量模拟流域内土壤水分的干湿状况, 在流域 的土壤及分布式水文模型等研究中具有重要的意义。但现有的地形湿度指数计算方法在应用于 地形平缓地区时会得到明显不合理的结果, 即在河谷地区内, 地形湿度指数仅在狭窄的汇水线上 数值较高, 而在汇水线以外的位置则阶跃式地变为异常低的地形湿度指数值。本文针对此问题对 地形湿度指数的计算方法提出改进: 以多流向算法MFD- fg 计算汇水面积, 相应地以最大下坡计 算地形湿度指数, 再基于一个正态分布函数对河谷平原地区内的地形湿度指数进行插值处理。应 用结果表明, 所得地形湿度指数的空间分布不但能合理地反映平缓地区坡面上的水分分布状况, 并且在河谷地区内地形湿度指数值也都比较高, 其空间分布呈平滑过渡, 因而整个研究区域的水 分分布状况得到了比较合理的反映。 相似文献
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基于改进型多流向算法的地形指数空间尺度变化分析 总被引：1，自引：0，他引：1
地形指数ln(α/tanβ)是流域径流源面积和地下水水位空间分布特征的近似表征,是地形特征参数化的重要指标。基于改进后的地形指数多流向计算方法,在0.5×0.5°的区域气候模式尺度框架下,探讨了地形离散和平滑效应分别对地形指数尺度变化的影响程度;研究了地形指数在100和1000m栅格尺度上的相关性,给出两者在空间尺度上的转换关系;分析区域尺度和全球尺度下地形指数尺度转换的差异及原因。研究结果可以增强地形信息在大尺度水文模型及陆面水文过程中的适用能力。 相似文献
7.
以北方农牧交错带典型丘陵、山地及丘间盆地混合地带为研究区,利用国家测绘局提供的1∶5万地形图,比较ANUDEM方法与生成DEM常用的内插算法TIN、NNI、Kriging和IDW之间的精度。DEM质量评价采用数值精度指标验证,并辅以地形属性可视化分析、等高线分析和不同算法插值结果差异分析等,结果表明不同算法内插高程误差较大的区域主要分布在地形结构线附近;且ANUDEM方法生成的DEM精度较高,在其上提取的等高线与原始等高线吻合度高,能较好地反映研究区的真实地形。 相似文献
8.
基于局部地表形态的可变过水宽度多流向算法 总被引：1，自引：0，他引：1
流向是地形分析中的重要内容之一,在分布式水文模型等研究中起着重要作用。文章提出基于局部地表形态的多流向算法,即对每一个DEM栅格,在以其为中心的3×3窗口中进行局部地形分析,确定基于随坡度和过水宽度而变化的水流分配系数。该方法被应用在实际数字地形模型上,并以汇水面积和比汇水面积为研究指标,与目前流行的D8、Dinf等算法进行了相似性分析。结果表明,该方法能够获得更为符合实际的水流汇集的空间分布。 相似文献
9.
等高线曲率是一个重要的地形属性，反应了地形表面在水平方向的凹凸性，表达了地表物质运动的发散和汇合模式。基于安塞县县南沟小流域的矢量等高线数据和DEM，分别利用圆拟合算法（相邻三点法、间隔三点法和最小二乘法）和曲面拟合模型（E模型、S模型和Z模型）提取等高线曲率，通过对实地地形的对比分析，结果表明：（1） 在矢量等高线数据的计算结果中，三点拟合法计算结果相比最小二乘法结果差异大，对等高线曲率空间格局分布描述更准确；（2） 最小二乘法计算的结果频数分布集中程度最高，两种三点拟合法计算结果频数曲线差别微小；（3） 在栅格数字高程模型的计算结果中，基于S模型计算结果在空间格局上较E模型和Z模型的结果差别大，基于E模型的计算结果对等高线曲率描述效果更好。结果能准确说明采用不同算法计算等高线曲率的差别，对在实际数字地形分析中有重要的意义，可为等高线曲率计算提供重要参考。 相似文献
10.
基于DEM的地形湿度指数及其应用研究进展 总被引：15，自引：4，他引：11
地形湿度指数以数字高程模型（DEM）为基础,综合考虑了地形和土壤特性对土壤水分分布的影响,在流域土壤水分空间分布的研究中具有重要的理论与应用价值。根据对汇流面积时空变化的分析,地形湿度指数可分为静态、半动态和动态地形湿度指数等类型。在利用该指数评价土壤水分空间分布状况时,需要考虑计算方法与DEM网格单元大小的影响及其普遍适应性等问题。同时,针对黄土高原干旱半干旱区实际的水分循环过程和产流机制与现有地形湿度指数假设条件的差异,提出了地形湿度指数在黄土高原地区的研究设想与应用途径,以期为该区的水土保持和植被恢复研究提供理论和实践支持。 相似文献
11.
基于地形特征的流域水文相似性 总被引：20，自引：3，他引：17
流域地形控制着地表径流的路径和累积水量的空间分布。地形指数ln(a/tanβ)反映了径流在流域中任一点的累积趋势以及重力使径流顺坡移动的趋势,流域地形可以用地形指数的空间分布来表示。地形指数可用作水文相似性指数,即具有相同地形指数的点对降雨具有相同的水文响应。TOPMODEL利用地形指数频率分布计算流域径流过程,可以认为:具有相同地形指数频率分布的流域具有水文相似性。分析认为长江流域上游的沿渡河流域与香溪河流域具有水文相似性,利用香溪河流域率定的模型参数计算的沿渡河流域径流过程,与实测过程拟合较好 相似文献
12.
地形指数的物理意义分析 总被引：34，自引：4，他引：34
地形指数模型 ( TOPMODEL)用地形指数在流域中的空间格局来确定流域饱和缺水量的空间分布和产流区的空间位置与范围 ,物理意义明确。本文介绍了地形指数的物理基础及其与土壤水分的关系。分析了地形指数空间变化与汇流面积 a及局地坡度空间变化的关系 ,a范围内有效汇流面积的变化 ,提出了一种确定 a上限值的方法。 相似文献
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基于DEM的水文物理过程模拟 总被引：48，自引：3，他引：45
基于数字高程模型,考虑流域空间的变异性,建立数字高程流域水系模型。产流子单元的划分、河网水系的生成及其空间拓扑关系的建立,是由计算机自动完成。计算TOPMODEL地形指数ln(a/tgβ)i的空间累积分布曲线,并对其作无量纲化处理,推求各产流子单元的土壤蓄水容量分布抛物线参数B,构建数字水文模型。全球能量与水循环亚洲季风试验强化观测区—淮河史灌河流域实例研究表明:数字模型不仅可以很好地模拟流域出口断面的径流过程,而且能够模拟土壤水分的变化过程,还可十分方便地输出水文要素和状态变量的空间分布。这对充分利用现有观测信息进行水文数据的深层次挖掘奠定了基础。 相似文献
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Helena Mitasova Jaroslav Hofierka Maros Zlocha Louis R. Iverson 《International journal of geographical information science》2013,27(5):629-641
Abstract Modelling of erosion and deposition in complex terrain within a geographical information system (GIS) requires a high resolution digital elevation model (DEM), reliable estimation of topographic parameters, and formulation of erosion models adequate for digital representation of spatially distributed parameters. Regularized spline with tension was integrated within a GIS for computation of DEMs and topographic parameters from digitized contours or other point elevation data. For construction of flow lines and computation of upslope contributing areas an algorithm based on vector-grid approach was developed. The spatial distribution of areas with topographic potential for erosion or deposition was then modelled using the approach based on the unit stream power and directional derivatives of surface representing the sediment transport capacity. The methods presented are illustrated on study areas in central Illinois and the Yakima Ridge, Washington. 相似文献
15.
基于DEM的数字流域特征提取研究进展 总被引：9，自引：0，他引：9
数字高程模型(DEM)是地表形态高程属性的数字化表达,利用流域DEM数据构建数字水系模型并提取流域水文特征,是分布式水文过程模拟的重要基础。DEM中闭合洼地和平坦区域的处理、流向的确定以及DEM分辨率的大小都直接影响着流域水系特征提取的质量与效率。针对当前基于DEM提取河网与流域特征的诸多问题,阐述了DEM数据提取流域水系特征的原理,回顾了数字水系模型与流域特征提取方法,评述了洼地和平地的处理方法及水流方向的确定方法的研究进展,介绍了当前基于不同DEM数据类型的提取方法研究,探讨了DEM尺度和分辨率对提取流域特征的影响,总结了平缓区域数字水系和河网提取的研究进展。 相似文献
16.
Min Liu András Bárdossy Jing Li Yuan Jiang 《International journal of geographical information science》2013,27(7):1281-1308
Solar radiation not only sustains the lives on the Earth, but also creates spatial and temporal variations of hydrological ingredients, such as vegetation, soil moisture, and snow. Precise quantification of spatial solar radiation incident on the Earth's surface which accounts for the topographic modulation, especially in complex terrain, underpins the study of many catchment hydro-meteorological and hydro-ecological processes. Topography is a key parameter that affects the spatial solar radiation pattern across different scales. This article addresses the issue of modelling spatial variability of actual solar radiation caused by topography from the hydrological perspective. Models with different algorithms and different complexities, from the simple empirical equations to process-based physical approach, have been developed to parameterize and calculate the potential radiation (under clear-sky condition) and the actual radiation (under overcast cloudy condition). Based on a review of the general steps of solar radiation modelling and the corresponding models for each step, two models with easily or globally available data for spatial solar radiation modelling in complex terrain, namely, the physically parameterized, remote-sensing-oriented Heliosat-2 model and the sunshine duration-based Angström–Prescott regression model are selected and implemented in a GIS framework. The capability of both models for simulation of cloudy-sky radiation on horizontal surfaces has been verified against observed station data showing an R 2 greater than 0.9. The validity of the models for modelling inclined surface is tested by comparing against each other, which has shown a satisfactory agreement and demonstrated that the simple Angström–Prescott method performed reasonably well compared with the more elaborate Heliosat-2 method. Scale sensitivity of the models and the shading effect are examined with different digital elevation model (DEM) resolutions from 30 to 500 m and reveal the existence of a threshold grid size to resolve the topography-induced spatial solar radiation variability. Spatial mapping of potential solar radiation and actual solar radiation has been demonstrated in a small catchment in Southern Germany, with a spatial difference up to 30% in winter and 5% in summer. This may lead to a significant difference for the energy-limited hydrological processes, such as snowmelt, and evapotranspiration. 相似文献
17.
基于DEM的复杂地形流域特征提取 总被引：19，自引：2，他引：19
利用流域数字高程模型(DEM)构建数字水系模型并提取流域水系特征是分布式水文过程模拟的重要前提。提出了面向分布式水文过程模拟和流域特征提取的数字水系模型,并针对现有方法对复杂地形DEM中含有的平地、洼地及其嵌套情形的处理不足,提出了栅格水流分类、填洼分类与归并及有效填平处理、河谷平地的出流代价法构建栅格流向和流序等新的处理方法,并在开发的软件系统得到实现。使用该方法创建的黄土岭流域数字水系模型和提取的水系等流域特征结果表明:本文方法可有效应对复杂地形流域的处理,提取的流域水系特征与实际自然水系比较吻合,能够有效地消除现有方法在地形平坦区域容易产生的平行河道、奇异河道、河道变形等不足。 相似文献
18.
大尺度分布式水文模型数字流域 提取方法研究 总被引：11，自引：1，他引：10
构建大尺度分布式水文模型是当前大气水文模型耦合研究的一项重要内容。本文介绍一 种根据1km DEM 生成更大网格尺度DEM 数据, 同时可以保持流域河网信息并减缓高程、坡度 等地貌参数信息量衰减速度的有效方法———ZB算法。利用该方法和常规的网格平均法生成黄河 唐乃亥以上流域的5km、10km、15km 和20km 两套DEM 数据, 分别提取高程、坡度、地形指数、河 网密度、主河道长度、流域面积等流域特征参数, 并与1km DEM 提取的上述参数进行比较, 对两 种方法作出评价。结果显示, 随着网格尺度的增大, ZB 算法获得的DEM 数据可以保持河网的连 续性, 提取出合理的流域范围, 减缓地形信息量的衰减速度。该方法满足构建大尺度分布式水文 模型提取数字流域的需要。 相似文献
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A study on DEM-derived primary topographic attributes for hydrologic applications: Sensitivity to elevation data resolution 总被引：1，自引：0，他引：1
Primary topographic attributes play a critical role in determining watershed hydrologic characteristics for water resources modeling with raster-based digital elevation models (DEM). The effects of DEM resolution on a set of important topographic derivatives are examined in this study, including slope, upslope contributing area, flow length and watershed area. The focus of the study is on how sensitive each of the attributes is to the resolution uncertainty by considering the effects of overall terrain gradient and bias from resampling. Two case study watersheds of different gradient patterns are used with their 10 m USGS DEMs. A series of DEMs up to 200 m grid size are produced from the base DEMs using three commonly used resampling methods. All the terrain variables tested vary with the grid size change. It is found that slope angles decrease and contributing area values increase constantly as DEMs are aggregated progressively to coarser resolutions. No systematic trend is observed for corresponding changes of flow path and watershed area. The analysis also suggests that gradient profile of the watershed presents an important factor for the examined sensitivities to DEM resolution. 相似文献