DEM分辨率及子流域划分对AnnAGNPS模型模拟的影响

 针对大中尺度流域非点源污染模拟精度与运算效率的突出矛盾,选取数据精度与空间离散化2个关键影响因素,讨论数字高程模型(DEM)分辨率和临界源面积(CSA)取值对AnnAGNPS模型模拟结果的影响.分别比较了7组CSA取值及8组不同DEM分辨率对华北潮河流域大阁子流域AnnAGNPS模型参数提取及模拟结果的影响.研究发现,CSA取值对汇水单元的数量、地表径流量、泥沙以及总氮的模拟有很大的影响.随着CSA取值的增大,地表径流量变化不大;泥沙先逐渐增大,后呈减少趋势;总磷负荷的变化趋势不明显;总氮负荷呈逐渐减少的趋势.选择合适的CSA是流域AGNPS模型模拟的基础.DEM是分布式水文模型的基础数据,研究表明:DEM分辨率对坡度有较大的影响.随着DEM分辨率的降低,径流量变化不大;土壤侵蚀和总氮负荷变化却十分明显,当DEM分辨率从30m逐渐降低至60m时,泥沙输出及总氮负荷迅速减小,总磷呈现先减小后逐渐稳定的趋势,但变化幅度小于总氮和泥沙.当DEM分辨率小于60m,泥沙和总氮的输出随分辨率降低下降缓慢.以30m和50m DEM为例,通过不同精度的DEM坡度回归分析,建立了低精度DEM坡度修正的方法.用修正后的坡度进行AnnAGNPS模型模拟计算,结果表明坡度修正对泥沙、总氮、总磷的模拟有不同程度的改善.     

DEM栅格分辨率对TOPMODEL模拟不确定性的影响研究

选择南水北调水源区所在的汉江流域的3个不同地貌类型的子流域为试验流域,采用1:5万比例尺DEM为基准数据,基于以地形为基础的半分布式流域水文模型TOPMODEL,研究栅格分辨率对水文模拟不确定性的影响,并利用多目标模糊优化算法,对水文模拟的不确定性进行了综合评价。结果表明,DEM栅格分辨率对地形特征和地形指数都有很大的影响,从而影响水文模拟的不确定性,但由于水文模拟的复杂性在一定程度上掩盖了不同DEM分辨率计算的地形指数的差别,使得这种影响不是很大。对于现有试验流域而言,当分辨率为200 m的时候可以得到相对较优的不确定性预测区间。     

DEM格网尺度对AnnAGNPS预测山地小流域径流和物质输出的影响

为了解流域地形空间参数和其它参数的精度对农业非点源污染模型AnnAGNPS预测准确性的影响,利用三峡库区黑河小流域观测资料校准了AnnAGNPS模型,分析了1.5-12.5m格网尺度DEM对地形参数和模型负载输出的影响.结果表明,1.5～12.5m格网尺度DEM对流域径流量、洪峰流量、总N输出影响不显著,但对泥沙、总P、有机碳输出影响显著.三峡库区类似小流域宜采用5m格网尺度DEM,AnnAGNPS模型较不适合于尺度较小、坡度较大的小流域泥沙负载预测.     

贵州高原起伏地形下太阳直接辐射的精细分布

太阳直接辐射是太阳总辐射的重要组成部分。论文在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对起伏地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以起伏地形下天文辐射为起始数据的起伏地形下太阳直接辐射的分布式模型。应用100m×100m分辨率的DEM数据,1960~2000年贵州高原及周边102个气象站常规气象要素观测资料,10个气象站的太阳辐射资料,计算了贵州高原起伏地形下各月及年太阳直接辐射精细空间分布。结果表明：①坡度、坡向、地形遮蔽对太阳直接辐射的影响较大,由于局地地形因子的影响,起伏地形下太阳直接辐射的空间分布具有明显的地域分布特征,纬向分布不明显,局地地形对太阳直接辐射的影响是不容忽视的;②贵州高原起伏地形下太阳直接辐射年总量、1月、7月大部分地区分别介于1 046~1 700、31~90、156~205MJ/m²;③季节不同,局地地形因子对起伏地形下太阳直接辐射空间分布的影响不同,冬半年大于夏半年;随坡度的增大,局地地形因子的作用增大。     

陕西省山地日照时间的空间分布特征

基于100 m×100 m分辨率的DEM数据,根据太阳光线与起伏地形之间的几何关系,全面考虑坡度、坡向、地形遮蔽等地形因子对可照时间的影响,通过数值模拟,确定山区可照时间计算模型;同时利用常规气象站资料考虑大气对日照时间的影响,建立陕西省山区日照时间估算模型。采用交叉验证和个例年分析法进行模型验证,模型的精度和稳定性均较好。通过模型计算陕西省100 m×100 m分辨率各月可照时间、气候平均日照时间的空间分布。结果表明:局地地形对日照时间空间分布影响比较明显,山区可照时间与同纬度平地相比明显差异,表现出可照时间的非地带性分布特征;尤以冬季地形作用最显著;夏季影响最弱;同时年日照时间呈现出北高南低的空间分布特征,但局地地形因子的影响依然存在。最后详细探讨了坡度、坡向、地形遮蔽等因子对山区日照时间的局地影响规律。     

基于DEM的复杂地形下平均气温分布式模拟研究——以贵州高原为例

影响复杂地形下气温分布与变化的因素很多,其中尤以海拔高度和地形的影响最显著。论文在前人研究的基础上,对以前的模型进行了一些改进,考虑了坡度、坡向和地形相互遮蔽作用对复杂地形下天文辐射的影响,基于数字高程模型(DEM)数据,研制了以复杂地形下天文辐射为起始数据的复杂地形下平均气温的分布式模型,在模型中还考虑了海拔高度、山区太阳总辐射、日照百分率。以地形复杂的贵州高原为例,应用100 m×100 m分辨率的DEM数据及气象站常规观测气象资料,计算了贵州高原复杂地形下各月及年的平均气温精细空间分布。结果表明:①坡度、坡向、地形遮蔽对平均气温的影响较大,由于局地地形因子的影响,复杂地形下平均气温的空间分布具有明显的地域分布特征,地形对平均气温的影响在计算时是不容忽视的,②季节不同,局地地形因子对复杂地形下平均气温空间分布的影响不同,冬半年大于夏半年。平均气温随海拔高度的增加而降低。南坡随坡度的增大而升高;北坡随坡度的增大而降低。在坡向影响上,1—5月、10—12月偏北坡月平均气温偏低,偏南坡月平均气温偏高;7—8月因太阳高度较高,因此出现相反的情况,北坡高于南坡。     

基于RS和GIS的赤水河流域植被覆盖度与各地形因子的相关强度研究

以赤水河流域为研究区域,综合运用遥感和GIS技术,用TM遥感影像反演植被覆盖度,用数字高程模型(DEM)提取地形因子并进行子流域的划分与构建;首先借助空间叠加分析,研究了区内植被覆盖度分别随高程、坡度及坡向变化的规律;然后从数理统计的角度分析区内不同植被覆盖度与地形等级因子的相关性,并就相关强度进行排序。研究表明:1、在赤水河流域,中度以上植被覆盖度与坡度、高程与之间,并不是单一的正比关系,其随坡度和高程的增加而先增加后减小,存在着临界坡度区间和临界高程区间。2、不同植被覆盖度下各地形因子的影响程度明显不同。对各级植被覆盖,坡度和坡向对其的影响都明显高于高程;中度植被覆盖受坡向影响较为显著,但随着植被覆盖度的增高坡度的影响越来越显著。该研究对喀斯特区域生态环境的评价和改良具有重要参考价值,同时也为喀斯特地区的植被保护和石漠化防治提供决策依据。     

基于DEM的滇池流域水系提取及分维值探讨

文章探讨了流域水系的提取方法及其分维值的意义。将滇池流域作为研究对象,在ArcGIS9.3的环境下,以1:25万数字高程模型(DEM)为数据基础,通过洼地识别、填充、水流方向、汇流累积量的计算等操作得到不同集流阈值下的河网水系提取结果,并在此基础上利用栅格和矢量图的相互转换计算出不同集流阈值下的水系分维值,借此探讨流域水系分维值的物理意义。结果得到集流阈值在100～1500范围内的滇池流域水系的24个盒分维值,并得到集流阈值与分维值的对数拟合和线性拟合方程。当集流阈值从100～1500递增时,分维值从1.2665～1.0702递减,表达了河网水系对空间的填充能力。集流阈值与分维值之间的对数拟合效果良好。滇池流域尚处于侵蚀发育的初级阶段。     

汇流阈值对提取叶尔羌河上游流域面积高程积分的影响

不同地貌单元,其汇流阈值的界定差异较大,而不同的汇流阈值直接影响河流长度、河网密度以及集水区面积的提取结果,因此,汇流阈值的界定是提取流域面积高程积分的关键.以叶尔羌河上游流域为研究对象,基于不同分辨率数字高程模型数据对叶尔羌河上游流域面积高程积分的提取结果,确定适宜分辨率的数字高程模型数据,探讨不同汇流阈值对叶尔羌河上游流域面积高程积分的影响.结果显示:(1)所选不同分辨率高程(DEM)数据提取的叶尔羌河上游流域面积高程积分的参数和空间分布特征变化较小,面积高程积分对数字高程数据的分辨率依赖性不强.(2)整体上,叶尔羌河上游流域面积高程积分最大值随汇流阈值的增大呈阶段性减小趋势,最小值呈阶段性增加趋势,均值呈波动状态,但逐渐趋于稳定.当汇流阈值为27000时,面积高程积分均值、最大值和最小值均趋于稳定,其可能是提取叶尔羌河上游流域面积高程积分的稳定阈值.     

基于DEM地表水文特征和汇水子流域的提取研究

文章以天津于桥水库上游流域为研究对象,以DEM(数字高程模型)为基础数据,对DEM生成方法、DEM精度、流域地形地貌特征及阈值的选取三个方面分别作了详细研究。试验结果表明,从于桥水库上游流域的水文特征所提取的河网分布与河流与实际分布情况基本吻合,淋河、沙河、黎河三大流域的面积误差范围分别为-3.44%、2.28%和7.63%。     

Assessing effects of digital elevation model resolutions on soil–landscape correlations in a hilly area

The effect of different grid sizes of digital elevation models (DEMs) on the relationship between soil properties and terrain attributes was examined by comparing six DEMs (4, 6, 8, 10, 20 and 30 m). The study site was representative of a broad region of hilly landscapes in the southwestern China. The results showed that elevation, topographic wetness index (TWI), slope and natural logarithm of specific catchment area (SCA) varied with DEM grid size in a relatively clear direction except aspect and plan curvature. Different soil–landscape relationships were found across various DEM resolutions. The observations from this study indicate that the most accurate predict model is not always produced by the highest resolution DEM. The knowledge of which DEM resolution produces an appropriate model for a particular landscape can be used as a guideline for optimizing field sample strategies.     

贵州喀斯特地区河网分布规律及其主控要素分析

为揭示喀斯特地区河网的空间分布规律及其与主控自然要素的关系,运用GIS为主要分析手段,以贵州为研究样区,通过数字矢量化1∶5万水系图、降雨量分布图、地貌类型图、坡度图、岩性图等,进行空间叠加分析,定量计算了不同类型区河网密度值,分析了贵州河网的空间分布特点。结果表明:贵州平均河网密度为781.84m/km2,受构造运动影响较为明显,整体呈现出"东密西疏"的特点。非碳酸盐岩地区河网密度为1000.43 m/km2,石灰岩地区为597.16 m/km2,白云岩地区为779.41m/km2,河网密度与岩性具有明显的相关性,非碳酸盐岩地区河网密度要远远高于碳酸盐岩地区,白云岩地区河网密度高于石灰岩地区;在垂直空间上,坡度≤2°时,河网密度最大,为1237.36m/km2,而坡度≥25°时,河网密度为379.37m/km2,随着坡度的增加河网密度明显降低。     

基于DEM流域河网水系的提取研究

本文介绍了一种从DEM中提取流域河网水系的实用方法。该方法首先对DEM进行预处理即洼地的确定、填充和平地的抬升；然后采用D8算法确定．DEM中每一个栅格单元的水流方向，根据水流方向数据，计算每一个栅格单元的上游集水面积，再根据给定的阈值，得出河流栅格网络图，生成需要的水系。此外，以古佛河小流域为例进行了水系提取，其结果与实际水系几乎完全匹配。     

矿山疏干水排放对流域水环境影响分析

矿山疏干水的排放势必对流域水环境系统形成一定的影响。胜利煤矿地处海拉尔河流域,设计疏干排水量为5 810.26 m3/d,拟排入海拉尔河的一个支流中,矿山疏干排水作为流域人工"源"项,其水质、水量的控制和排放口、排放时间的选择是水环境影响的主控因素。在检测疏干水水质的基础上,对拟排入河段的河势、流量、水质和水生动植物等水文水环境条件进行勘查,利用河道水文测站资料和不同河道断面的流域控制面积,引入SWAT水文模型,测算断面的流量过程,分析了在不同断面设置排入口时,矿山疏干水对流域水文、水环境、地下水以及第三者的影响,结果表明,最终确定的排入口不仅对海拉尔河流域水文和水环境影响甚微,而且在一定程度上会改善排入口所在支流水资源利用条件。     

基于Arc Hydro Tools的流域特征自动提取——以贵州省内乌江流域为例

简要回顾和讨论了基于栅格数字高程模型(DEM)自动提取流域特征的原理和方法,介绍了一个新的基于ArcGIS开发的提取流域特征的工具ArcHydroTools,基于ArcHydroTools提取流域特征包括5个流程:DEM的预处理、水流流向的确定、汇流栅格图的生成、河网的自动生成、子流域边界的划分。最后以贵州省内乌江流域为研究区进行了试验,试验结果表明:提取结果的精度在总体上是符合要求的,但在地势平坦区或人类活动干扰较大的地区,提取的结果与实际相差较大。从提取的效率和试验结果的精度两方面来看,基于ArcHydroTools的流域特征自动提取是切实可行的。     

黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程的尺度适应性

黄土丘陵沟壑区大空间尺度植被减沙方程是分析黄土高原植被变化产沙效应的有效工具,其在不同空间尺度的适应性对于黄河水沙情势变化研究十分重要。运用数值试验方法,研究黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程在小流域、子流域和栅格等3种空间尺度的适应性。结果显示,黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程在各空间尺度的总体估算偏差（D）由小到大排序为小流域（D=52.26%）<子流域（D=60.07%）<栅格（D=92.17%）,纳什效率系数（NSE）由大到小排序为小流域（0.21）>子流域（-0.31）>栅格（-0.80）。可见,黄土丘陵沟壑区大空间尺度植被减沙方程在约500 km²以上的流域单元较为适用,在500 km²以下的子流域和栅格单元不适用。该研究成果可为黄土丘陵沟壑区大空间尺度林草植被减沙方程的推广应用提供参考。     

锡林河流域草原植被退化空间格局分析

利用TM遥感影像,结合地面植被调查,基于典型草原退化演替模式,绘制锡林河流域植被现状图,在地理信息系统支持下,研究了锡林河流域草原植被退化空间格局特征,得出全流域、上中下游及流域内不同地貌类型上不同草原退化等级的面积。全流域1999年放牧退化草原植被面积为7689.3km₂,占总流域面积的71.86%。根据草原退化指数计算得出全流域总草原退化指数为10901.8km₂草原退化单位,同时还计算了流域上中下游区域和流域内不同地貌类型的草原退化指数值。通过网格取样,绘制锡林河流域草原退化指数空间图,应用空间趋势面分析法绘制草原植被退化指数等值线图。结果表明:锡林河流域草原退化的空间格局较为复杂,首先与流域上中下游及不同地貌类型上人类放牧利用强度的差异相关,具体表现在流域中下游及河谷阶地、平原和丘陵区草原植被退化较为明显,其次,全流域有多个较为明显的草原植被严重退化中心区,均与人类高强度放牧利用有关。     

福州主城区绿色空间不同演化模式对地表温度扰动的影响

为系统总结并量化城市绿色空间的演化模式及其与地表温度扰动的关系,以福州主城区为研究对象,基于Landsat系列遥感数据影像,综合运用遥感反演、空间分析、地统计学分析等方法,研究福州主城区绿色空间演化对地表温度扰动的影响.结果表明:①1993-2013年,福州主城区建设用地显著增加,绿色空间总面积减少了37.60 km2;绿色空间演化由慢转快,而后保持相对平稳.②大面积连片的绿色空间对周边环境具有显著的降温作用.不同类型绿色空间的单位面积变化对其内部地表温度扰动的影响不尽相同,变化幅度为湿地（-1.97℃/km2）>水体（-0.72℃/km2）>林/草地（-0.42℃/km2）.③不同绿色空间演化模式对地表温度扰动的影响大小表现为填充式>边缘式>飞地式.④绿色空间分布随着高程与坡度的变化而有所不同,导致地表温度也呈显著差异.高程为0~30 m和坡度为0~5°区域受人类活动干扰显著,绿色空间分布较少,平均地表温度相对较高.研究显示,城市绿色空间演化的不同模式对地表温度的扰动影响不尽相同,科学梳理城市绿色空间演化规律,合理规划其空间布局,有利于缓解城市热岛效应,使城市向健康、可持续方向发展.      

中亚跨境流域生态脆弱性评价及其时空特征分析——以阿姆河流域为例

生态脆弱性（EVI）的定量评估和长期分析,对于了解区域生态环境动态变化与指导生态环境保护与修复极为重要。但以往研究很少对跨境流域这一特殊单元进行生态脆弱性评价。以阿姆河流域为例,选择反映研究区植被、水文、气候、地形、土壤以及人类活动等方面的11个指标,通过共线性诊断分析,构建了阿姆河流域生态脆弱性评价体系,利用主观权重与客观权重相结合的方法确定指标权重,对1990-2015年研究区EVI进行了定量评价及时空特征分析。结果表明：（1）研究区生态环境呈恶化趋势,大部分区域处于重度脆弱状态,研究时段内重度脆弱性比例的平均值为46.40%;极度脆弱性占比在过去25年内呈增加趋势,从1990年的2.58%增加至2015年的16.97%,增幅为14.39%。（2）生态脆弱性在不同土地覆被类型之间差异巨大,其中草地的EVI值变化最大,裸地的生态环境最为脆弱,林地的生态脆弱性最小;研究区生态脆弱程度整体表现为裸地>灌丛>草地>耕地>城市用地>林地的规律。（3）EVI与地形因子的关系表明生态环境最为脆弱的区域主要位于低海拔地势平坦与高海拔坡度大的地区,而低脆弱性主要分布在海拔2500~3500 m或坡度15~25°的区间上。