基于栅格产汇流的TOPMODEL

经典的TOPMODEL产汇流演算原是建立在子流域单位基础上的半分布式水文模型。考虑到流域地形、下垫面条件及流域气象条件的空间差异性,将TOPMODEL的产流计算细化到每个栅格,以改进模型的分布式计算,并在考虑地形坡度影响的情况下,根据降水-径流资料优选出的参数率定等流时线、利用率定的等流时线进行流域的汇流计算,以提升TOPMODEL在中、大尺度流域模拟演算的能力。使用改进后的模型在两河口流域（2 818 km2）以精度60 m的数字高程模型栅格网为基础,配合气象数据和水文资料对径流流量进行日模拟,模拟精度达到70%左右,进一步的分析认为该模型仍有较大的改进空间。     

基于DEM的分布式水文模型在清江流域的应用

基于清江上游水布垭区域的数字高程模型(DEM)数据,提取出了研究区域水系、勾画了研究区域边界,并计算了研究区域地形指数分布。采用基于数字高程模型(DEM)的分布式水文模型(DDRM)来进行降雨 径流模拟。在Nash Sutcliffe效率系数、洪峰相对误差、径流深相对误差等方面对基于DEM的分布式水文模型和三水源新安江模型进行了比较分析。结果表明：在径流深模拟方面新安江模型略好于DDRM,在洪峰流量及峰现时间方面DDRM略好于新安江模型,模拟的Nash Sutcliffe效率系数两者相当,总体上基于DEM的分布式水文模型和三水源新安江模型模拟效果相当。基于DEM的分布式水文模型与三水源新安江模型相比,其优点是模型结构简单、参数较少、物理过程明确,而且能够模拟流域土壤含水量和径流量的空间分布。     

基于GeoProcessing方法的岷江上游流域数字水系建模

GeoProcessing不仅提供空间数据分析的简单功能,而且支持建立非常复杂的地理处理模型来完成定制的地理处理任务和执行批处理操作.通过GeoProcessing地理处理新方法建立流域数字水系模型,是流域水文构成模拟计算、流域水土流失分析等的重要基础.为水文过程模拟分析提供有力支持.以岷江上游流域为研究区,首先使用GeoProcessing建模方法生成岷江上游流域30 m×30 m DEM并对其进行洼地的确定、填充和平地的抬升等预处理,采用D8法计算水流方向和汇流面积,在此基础上实现流域分水岭、河网水系和子流域等参数提取,并建立岷江上游流域数字水系模型.通过模型计算,较精确地确定了岷江上游的流域边界,其提取结果与传统的手工数字化成果吻合程度高,且细节部分更加突出;与传统的分步式操作相比,提高了水系河网提取的阈值试验条件设置次数,可批量处理,自动化程度高,人为干扰小,结果更加可信.当取汇水累计量≥600栅格单元(面积约为0.05 km2)且综合长度≤500 m的水系时得到的结果与手工数字化地形图水系吻合较好.     

基于GIS的湖北省水稻生产潜力研究

使用GIS技术,以分县（市,区）为基本单位研究湖北省近年水稻生产状况。综合气象资料、地形数据、水稻作物生长发育规律和适应性气候指标,划分出湖北省水稻适宜性种植区域;根据各县（市、区）区域水稻实际生产数据,分早、中、晚稻划定出水稻生产的高、中和低产区域;测算湖北省水稻光温生产潜力为 17 000~22 000 kg/hm2,光温生产潜力可利用度为3306%~7830%。按照农业气候资源的相似性和农业气候利用一致性原则研究表明：湖北省水稻综合生产潜力为31742万t。该研究结果和建立的数据库为更好地指导和规〖JP2〗划湖北省水稻种植、生产和实施系列高产科技工程项目提供了依据和参考。该研究方法,能够扩展用于粮食作物种植区划和农业区划研究     

流域地下水质评价的GIS与模型集成分析

流域水环境管理已经成为当今环境科学的一个重要研究对象，对流域规模的水资源可持续管理和战略环境评价，地下水质评价是其重要内容，急需方法学的支持。全面分析目前国内外GIS与模型集成的研究现状，论述GIS与综合指数模型和机理模型集成的所需条件、优势和存在的问题。强调集成中应对模型的特征、模型的输入输出要求、流域数据基础以及GIS软件的功能进行具体分析，否则将导致区域分析的误差加大甚至产生错误信息。结合地下水水质评价常用的指数模型和机理模型，提出了GIS与模型的集成框架，分析GIS在集成中的3种模式，指明GIS与模型集成的发展方向。最后基于GIS与模型集成的现存问题提出对策，得出GIS与综合指数模型和机理模型集成的最优方法及适用条件，为具体应用提供方法学指导。     

长江三峡区间数字流域水系的构建

基于全球陆地一公里基础高程GLOBE数据 ,采用Martz和Garbrecht研制的数字高程流域水系模型自动提取长江三峡万县～宜昌区间的河网水系、各子流域分水线、河网与子流域编码及河网结构拓扑关系 ,从而构成该区域的数字流域和数字水系。结果表明该模型生成的水系是可以接受的 ,与 1:10万地形图上长江三峡万县～宜昌区间的水系一致 ,这为空间分布式模型的建立提供了必备的空间信息数据。最后 ,探讨了数字流域水系在流域生态学中的应用前景 ,构建的数字水系可为中尺度以上流域水体和水生生物的资源保护与合理利用提供决策平台 ,服务于社会经济的可持续发展。     

洞庭湖流域分布式水文模型

流域出口径流观测序列是水文模型参数率定重要依据,不受水文站控制区域的模型应用是水文研究关注点之一。首先根据水文站观测资料建立洞庭湖流域四水控制站之上基于水文响应单元的分布式水文模型,在此基础上结合实验、同质移植和虚拟水库等方法,将分布式水文模型拓展到包含无径流站控制区域的丘陵区间和平原圩垸区,最终实现了洞庭湖全流域水文过程模拟。结果表明:在较完备土壤、地形、土地利用等空间数据支持下,通过合理的流域划分和水文响应单元定义,建立的流域分布式水文模型可以较好地在水文响应单元尺度反应降水发生后蒸散、地表径流、土壤和地下水的响应特征。而基于观测实验及基流分割等方法获取的关键水文过程特征对模型参数优化的认识,可以提高模型参数率定效率,在较少优化迭代运算后既可使月径流模拟的效率系数NSE和确定性系数R²值高于0.81(日过程高于0.62)。借助参数同质移植和虚拟水库解决了区间和圩垸区无控制站区域水文过程模拟。在全流域水文过程的模拟中,基流指数和蒸散比例与实际过程具有较好的一致性。说明相关参数较好地反映了其物理机制,具备在相似气候及下垫面条件区域进行同质移植的基础,圩垸区径流交换采用虚拟水库的处理方式也合理可行。     

流域地下水质评价的GIS与模型集成分析

流域水环境管理已经成为当今环境科学的一个重要研究对象,对流域规模的水资源可持续管理和战略环境评价,地下水质评价是其重要内容,急需方法学的支持。全面分析目前国内外GIS与模型集成的研究现状,论述GIS与综合指数模型和机理模型集成的所需条件、优势和存在的问题。强调集成中应对模型的特征、模型的输入输出要求、流域数据基础以及GIS软件的功能进行具体分析,否则将导致区域分析的误差加大甚至产生错误信息。结合地下水水质评价常用的指数模型和机理模型,提出了GIS与模型的集成框架,分析GIS在集成中的3种模式,指明GIS与模型集成的发展方向。最后基于GIS与模型集成的现存问题提出对策,得出GIS与综合指数模型和机理模型集成的最优方法及适用条件,为具体应用提供方法学指导。     

基于DEM的地形指数提取方法及应用

在水文模拟中,地形指数ln(α/tan β) 作为反映地形信息的物理指标具有很高的应用价值。应用基于DEM的River Tools软件和GRIDATB程序,对红壤丘陵区地形起伏平缓的小流域进行地形指数的提取。 River Tools软件和GRIDATB程序分别使用目前常用的D8方法（单流向法）和多流向法。结果表明：与多流向法相比,D8方法的计算值较为离散,分布曲线较粗糙,平均值略高,方差和偏态系数也较大;但是,两种方法计算的ln(α/tan β) 的分布曲线大致相似。对于仅需要ln(α/tan β) 频率分布的水文模型（如TOPMODEL）来说,可以用单流向法取代多流向法来计算ln(α/tan β) 的频率分布。     

基于GIS的鄱阳湖流域非点源吸附态污染物时空变化研究

鄱阳湖作为中国最大的淡水湖,国际重要湿地,其生态环境保护与可持续发展意义重大。基于GIS技术,以鄱阳湖流域为研究区域,利用3个时期多源数据,首先运用土壤流失方程估算鄱阳湖流域土壤侵蚀量,计算土壤侵蚀模数,然后根据泥沙输移比估算水体的泥沙负荷,最后采用颗粒态氮磷营养盐迁移经验模型定量研究鄱阳湖流域非点源吸附态污染物N、P负荷的时空变化规律。结果显示:吸附态氮磷污染负荷在空间分布上呈现出四周高、中间低的特点,相对较高的区域位于流域中、上游,这主要由于该区域多为山地陡坡;相对略低的区域位于流域的下游地区,这主要因为该区域平原和丘陵交错分布,土壤侵蚀强度较低。时间变化上,全流域单位面积N、P吸附态污染物负荷大都呈现先增加后减少的趋势,同时减少的幅度较增加的幅度大。     

红壤丘陵区土地利用变化对土壤质量影响

以鄂南红壤丘陵典型区的三个村为代表 ,应用地理信息系统对 1981和 1998年两个时期的土地利用变化和土壤质量进行对比研究 ,分析了土地利用变化对土壤质量的影响。结果表明 :研究区土地利用结构总体上具有农业型特点 ,17a间水田减少了 2 1% ;其余的利用方式则有不同幅度的增加 ,居民地、水域、林地、园地和旱地增加了 4 2 .2 %、99.6 %、8%、5 6 .8%和 8%。土壤质量有从优劣两端向中等靠拢的趋势 ,17a后 、 、 和 等地面积分别减少 18.6 %、12 .2 %、2 9.6 %和 2 5 % ; 等地增幅达 5 1.9%。土地利用方式及管理措施是影响土壤质量演变方向和强度的关键因子 ,园地和林地的土壤质量大多得到明显改善 ,水田的Δ SQI多数呈下降的趋势 ,旱地的土壤质量变化比较复杂 ,与土地利用结构相关。依此 ,本文探讨了定向培育土壤质量的途径     

基于GIS的江西省洪涝灾害风险评估

2010年夏季江西省发生多轮洪涝灾害,灾情十分严重。根据自然灾害系统理论,以江西省鄱阳湖流域地区为研究对象,从洪涝灾害的危险性、暴露性、脆弱性与防洪能力4个角度出发,选取降水、地形、水系、人口、经济、生态及圩堤等10个评价要素指标,采用90 m分辨率DEM、1960~2005年84个气象站点逐日降水量、2003~2008年江西洪涝灾情数据、2009年社会经济统计数据以及2005年江西省土地利用数据,以1 km单元格为基本评价单位,利用GIS空间分析与建模功能构建洪涝灾害风险评估指数模型,对江西省重大洪涝灾害进行综合风险评估。结果表明:该评估模型能成功应用于区域尺度,研究区洪灾风险分布呈现以江西北部的鄱阳湖湖区及蓄滞洪区为中心向两边递减的特点,从中心至外风险等级逐渐降低;从行政区划上,湖口、鄱阳、抚州、上饶等因地势平坦、降水量大、河网密集处于高风险区,而低风险区集中在降水少、地势高且山区分布较多、不易集水的江西南部,如:遂川、崇义等。经2010年6月17~25日发生的暴雨洪灾情况验证,该评价结果与实际情况相符,可为洪灾风险管理与决策提供科学依据。     

基于SOM模型的中国耕地压力分类研究

根据耕地利用在经济、社会和生态方面面临的压力状况,以指标构建原则为基础,设计一套压力大小量化的指标体系,引入具有较强的聚类和容错能力的自组织特征映射(SOM)神经网络模型,在说明SOM 网络模型和算法的基础上,应用自组织特征映射网络的聚类功能,以MATLAB语言构建SOM网络模型,对我国的31省（市、自治区）耕地利用压力大小进行了分类。结果显示我国耕地压力的区域差显著且与经济地域差异有高度的一致性,表明经济发展是耕地压力的主要来源。选取大样本的神经网络训练得到的结果和现实的一致也表明,自组织特征映射模型是一种适用的耕地压力区域分类新方法。     

基于GIS的芜湖市耕地地力评价

为了解芜湖市耕地地力状况,以及为市级决策者进行农业结构调整提供科学依据,在GIS和省级耕地资源管理信息系统支持下,采用特尔菲法、层次分析法以及模糊评价等数学方法建立芜湖市耕地地力评价体系及其模型。根据综合地力指数曲线斜率的突变点结合专家经验,将芜湖市耕地划分成5个等级,其中一等地占总耕地面积的14.76%,二等地占27.96%,三等地占35.62%,四等地占13.98%,五等地占7.68%。对每个等级从评价因子层次进行深入分析,并给出相应的利用对策。     

基于RS和GIS的上海城建用地扩展研究

利用多时相遥感影像,借助GIS强大的空间分析功能对上海市城镇建设用地的时空扩展过程、特征、规律作了探讨,结合社会经济统计数据对上海市城镇建设用地扩展驱动力进行了分析和综合评估。研究结果表明：1985~1995年城镇建设用地扩展主要集中于城郊边缘地带,而1995~2000年地区扩展差异则更为明显;上海城市扩展主要侵占的用地类型为耕地,其中以水田为主,同时也占用了较多的农村居民点;上海城镇建设用地在不同方向上扩展程度和规模有较大不同;随着距离城区几何中心点距离的增加,各阶段城镇建设用地扩展强度指数都呈现一个大致相同的变化过程,扩展强度指数最高的区域大多位于上海主城区的外围即城乡交替地带;经济发展是上海城镇建设用地扩展的决定因素,郊区小城镇及小城镇工业的发展是郊区城镇建设用地扩张的一个重要影响因素。     

基于GIS和生态位适宜度模型的园地适宜性评价——以湖北宜昌市夷陵区为例

生态位适宜度是对经典生态位理论和方法的深化与发展,在合理优化和发挥作物、环境最大共生效应,及农业结构调整和布局中具有重要的理论和实际意义。以宜昌市夷陵区园地为研究对象,将生态位适宜度模型引入到适宜性评价研究中,构建了5个因素12个因子的指标体系并提出了语言型、阈值型和空间型指标的量化方法,采用加权求和与限制因子模型对各评价单元柑橘的生态位适宜度值及限制因子进行了定量分析。结果表明：研究区生态位适宜度值整体较高,最大值达0.893,生境条件基本能满足柑橘的生长发育需求;园地适宜性评价结果以2级为主,所占面积达41.34%,1级地也达到21.58%;限制该地区园地生产潜力的生态因子主要为：土壤质地、冷月平均气温和道路通达度。同时,丰富了土宜评价的理论和方法体系,能直接指导农业生产实践、促进园地的合理开发利用与管理     

基于GIS与RUSLE的武陵山区小流域土壤侵蚀评价研究

以长江中下游武陵山区女儿寨小流域为研究区,基于数据观测积累及实地调查采样等方法,计算了研究区降雨侵蚀力、土壤可蚀性等因子,运用GIS与RUSLE评价了流域土壤侵蚀强度并分析了其与土地利用方式、海拔高度的关系。结果表明,流域平均土壤侵蚀强度为78844 t/（km2·a）,属微度侵蚀,流域面积9518%的范围发生轻度以下的侵蚀,强烈以上侵蚀仅占1.19%。从土地利用类型来看,耕地、果园侵蚀强度较大,均达到中度侵蚀,有林地除竹林地为轻度侵蚀外均属微度侵蚀,耕地、果园、竹林地是今后水土流失防治的主要地类。不同海拔高度中,低海拔（200～400 m）区域侵蚀量占到流域侵蚀总量的6442%,是水土流失防治的重点地带。研究为应用修正通用土壤流失方程在武陵山区进行土壤侵蚀评价提供范例,为研究区防治土壤侵蚀和流域管理规划决策提供相应参考     

基于遗传算法和GIS的县域水田种植制度空间布局优化

采用种植模式对县级尺度的作物进行空间配置,能够较好地解决作物空间布局中熟制比例不当、茬口不适宜等问题。种植制度空间布局优化的目的在于通过合理配置种植模式的空间位置,以充分利用并保护当地的自然资源和社会资源。其本质是一种具有自然、社会、耕作制度等多方面影响因素及空间特征的组合优化问题。传统的优化算法解决具有空间特征的组合优化问题效率很低,或者难以解决该类问题。遗传算法是一种新的智能优化算法,通过模拟自然进化过程,利用简单的编码技术和遗传操作高效地解决复杂的组合优化问题。提出了一种以GIS为平台,遗传算法为优化模型的县域种植制度空间布局优化方法。