基于Arc Hydro模型的最优集水面积阈值分析

为提高河南省水土保持小流域划分工作的准确性与高效性,以河南省卢氏县、宜阳县和太康县分别作为山区、丘陵区和平原区的代表,基于分辨率12.5 m的DEM数据,利用Arc Hydro模型提取研究区河网信息,采用河网密度法研究集水面积阈值和河网密度、河网密度二阶导数的关系曲线,选取最优的集水面积阈值。结果表明：河网密度法可以避免传统方法在选取阈值时的盲目性与主观性,更加科学合理;不同地形的区域阈值选取也大不相同,卢氏县、宜阳县和太康县的最优阈值分别是50 000、35 000和30 000,这说明在河南省小流域划分工作中应考虑到不同地形在河网提取时的影响,以保证小流域划分工作的精度。     

河南省水土保持小流域划分原则与流程

考虑到小流域基础信息不详,难以有效地进行规划、治理和监管的实际,基于河南省地形和流域水系分析,应用高精度DEM、水系图等基础数据,开展了全省水土保持小流域划分工作,详细说明了小流域划分原则与流程。划分结果可为全省水土保持综合治理、监督管理、规划评估等提供重要的基础数据支持。     

基于DEM的水系提取及集水阈值确定方法研究

[目的]确定适宜的集水阈值,使自动提取的水系河网与实际河道相符。[方法]以DEM数据为基础,利用ArcGIS水文分析模块对研究区流域河网水系进行自动提取,基于河网密度与集水阈值的相关性,在已提出的拟合函数一阶导数求转折点、二阶导数求拐点法确定集水阈值的基础上,以龙川江流域为例,提出求解河网密度变化率等于集水阈值变化率的数值方法,得到适宜的集水阈值。[结果]通过设置不同集水阈值生成河网,发现不同集水阈值对主河道长度及地理空间位置影响较小,但对提取的河网特征影响较大,最终确定龙川江流域集水阈值设置为0.12km2为宜。[结论]集水阈值的确定影响着河网提取的精度,通过变化率确定集水阈值的方法主观因素较少,避免了人为干扰,相对客观,可对区域水土流失监测提供一定依据。     

黄土高原典型小流域侵蚀沟形态和稳定性监测初探

[目的]在黄土高原地区选择6条典型小流域,开展侵蚀沟形状特征、发育程度、形态变化等监测,对侵蚀沟稳定性进行分析,初步构建侵蚀沟稳定性评价指标体系。[方法]在雨季前后2次对6条典型小流域主沟道代表性断面、支毛沟代表性断面、支毛沟的沟头进行亚米级精度测量。[结果]获得了6条典型小流域各等级侵蚀沟数量和各流域沟道主断面、支毛沟沟道断面、支毛沟沟头变化数据,并对其进行了分析。初步构建了侵蚀沟稳定性评价指标体系。[结论]影响沟道形态变化的因素基本总结为:降水因素、水保措施、植被覆盖因素、汇水面积、坡度、地表组成物质等。     

基于黄土丘陵沟壑区第Ⅰ副区淤地坝淤积调查的土壤侵蚀模数计算

[目的]探索适合黄土丘陵沟壑区不同沟道土壤侵蚀模数计算的新方法,为区域水土流失防治和水保规划提供数据支持。[方法]以黄土丘陵沟壑区不同沟道74个不同坝型的淤地坝为基础,将其看作小流域的沉沙池,同时结合实地调查测量与分析计算,利用淤地坝赋存的泥沙信息获得不同级别沟道的土壤侵蚀量。[结果](1)在地形复杂的黄土丘陵沟壑区,土壤侵蚀模数与不同沟道对应的淤地坝控制面积具有一定的负相关关系;(2)土壤侵蚀模数调查值较设计值显著降低,造成淤地坝空坝率上升,使淤地坝长期保持负效应。[结论]利用闷葫芦坝淤积量推算坝体控制面积土壤侵蚀量,方法简单合理。同时小流域坝系可采用多种方法综合分析,相互印证,可较准确地确定小流域土壤侵蚀模数。     

特大暴雨条件下小流域沟道的泥沙连通性及其影响因素——以陕西省子洲县为例

[目的]研究特大暴雨条件下小流域沟道泥沙输移路径、泥沙连通程度及其影响因素,旨在探讨水库溃坝的原因,为沟道防洪措施的布设提供依据。[方法]以陕西省子洲县"7·26"暴雨条件下小流域沟道泥沙连通情况为例,选取面积相近、形状相异的清水沟和蛇家沟小流域,对沟道泥沙淤积情况进行现场调查,同时将沟道分为坝地沟段和自然沟段,选取流域面积与形状系数、沟道比降,以及淤地坝的类型与分布进行对比分析两个小流域沟道泥沙连通性的差异。[结果]在此次特大暴雨条件下,清水沟和蛇家沟的淤地坝大都呈现打开状态,由上游到下游清水沟泥沙连通性呈现较强的增长趋势,蛇家沟泥沙连通性则呈现先增长后减弱的趋势。整体上清水沟的泥沙连通性比蛇家沟的强,且清水沟流域的土壤侵蚀也较为严重。串联和混联坝系以及修建有卧管、竖井和排水渠的淤地坝防洪能力更强。[结论]流域面积、流域形状和沟道比降均影响着沟道泥沙的连通性,而淤地坝类型及分布是影响沟道泥沙连通性的主导因子。     

基于流域单元的岷江上游泥石流危险性评价

泥石流的形成需要具备高陡的地形、充足的水源以及丰富而松散的固体物源三个基本条件,当山区小流域具备上述条件时,都有发生泥石流的可能。选取岷江上游区域作为研究区,以数字高程模型（DEM）作为基础数据,运用均值变点法和河网密度法结合遥感影像,实现研究区内小流域划分;针对影响泥石流形成的三个基本条件,以小流域作为评价单元,选取地层岩性、断裂密度、平均坡度、形状系数、沟道比降、24 h最大降雨量等六个评价指标,应用主成分分析法计算各因子的权重,实现岷江上游地区的泥石流危险性评价。分析结果表明,评价的结果能较好的反映出岷江上游的泥石流灾害分布情况,为该区泥石流灾害的防治提供了参考和依据。     

贵州省坡面沟道断面设计与洪水计算中存在的问题及分析

在水土保持工程坡面水系沟道断面设计中计算洪水时由于采用不同的公式,或同一公式应用不同的参数,导致结果差别较大。根据贵州省水土保持工程的特点与实际,提出坡面水系工程沟道断面设计中洪水计算的两种方法:较大面积的修正推理公式法和较小流域雨洪计算公式法,以及一些常见的注意事项,供设计参考。     

凌源市沟道建设存在问题及治理对策

凌源市属低山丘陵区,水土流失面积2 131.75 km2,占全市面积的65.04％。土壤侵蚀模数4 482 t/(km2.a),比第二次遥感调查增加1 282 t/(km2.a),沟道侵蚀严重。要从根本上遏制水土流失,就必须修建具有拦泥减沙、淤地造田等综合措施的淤地坝工程。凌源市具备建坝资源丰富、建坝技术成熟等诸多有利条件。要提高对淤地坝工程的认识,小流域综合治理要向以沟道坝系工程为主的综合治理转变。按河流水系,以小流域为单元,建设沟道坝系。结合国家水土保持重点建设工程渗津河项目区,搞好试点,全面展开。创新机制,放开建设权,拓展融资渠道。     

北京市山区小流域主沟道水文地貌调查与分级

以北京山区小流域主沟道为研究对象,研究小流域主沟道水文地貌调查要素及分级方法.以沟道河床、河岸及缓冲带、河滩地、河流整体为主要调查与评价因子,将北京山区小流域主沟道水文地貌划分为极好（Ⅰ级）、好（Ⅱ级）、中等（Ⅲ级）、差（Ⅳ级）、极差（Ⅴ级）5个等级,并对开展水文地貌修复工程的7条小流域和全市567小流域主沟道进行分级,结果表明：全市山区567条小流域,调查主沟道总长度为4 258 km,属于Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级的沟段长度比例分别为64.85％、14.02％、9.56％、8.76％和2.81％,其中Ⅱ级及以上的沟段长度占到总长的78.87％.研究成果将为北京市及全国河流水文地貌生态修复、生态清洁小流域建设提供重要参考.     

牛栏江流域上游保护区“四型”小流域水土流失治理模式

[目的]分析牛栏江流域上游保护区水土流失治理模式,以期为流域水土流失治理提供新的思路。[方法]基于DEM数据在ArcGIS内进行子流域自动提取,结合遥感影像进行人工交互解译、修正以确定子流域;以划分的子流域为基本单元进行定性与定量赋分并计算综合得分,依据综合得分确定流域水土保持分区及其主导功能;根据确定的水土保持分区主导功能进行“四型”小流域治理模式配置。[结果]牛栏江流域上游保护区共划分9个子流域,确定4个水土保持分区;在各水土保持分区分别构建以生态安全型、生态景观型、生态经济型和生态清洁型为主的“四型”小流域治理模式。[结论]子流域可作为牛栏江流域上游保护区“四型”小流域水土流失治理模式配置的基本单元,水土保持主导功能可作为“四型”小流域模式配置的依据,提供因型施策、精准至区的水土流失科学治理模式。     

平原区沟渠水文形态调查与分析研究

借鉴北京市第一次水务普查山区小流域主沟道水文形态调查专项的经验,研究了平原区沟渠水文形态调查指标、评价方法及评价流程,建立了平原区沟渠水文形态调查指标体系与分级评价标准,并在北京市丰台区开展了试点工作。通过外业调查与内业评价相结合的方法,采用以沟渠连通性、外界胁迫因子、两岸护堤状况等为基本因子的分级评价体系,对平原区沟渠水文形态进行分类定级,为沟渠生态修复奠定基础。评价结果显示丰台区沟渠的水文形态级别以Ⅲ级以下为主,Ⅲ级以下沟渠总长度为57.22 km,占丰台区平原区沟渠总长度的75.34%。     

北京市第一次水务普查水土保持情况及成果应用

北京市于2010—2012年开展了第一次水务普查水土保持情况普查,主要包括土壤侵蚀普查、水土保持措施普查、小流域划分、侵蚀沟道调查、山区小流域主沟道水文形态调查、山区小流域出口水质水量调查等6项任务,普查成果为北京市水土保持生态建设与管理提供了重要支撑。介绍了普查内容和普查方法,对普查成果进行了初步分析,讨论了普查成果的主要应用方向,包括规划编制、生态清洁小流域建设、监测评价等。     

砒砂岩分布范围界定与类型区划分

 以TM影像为主要信息源,采用“路线调查”和“典型小流域调查”相结合的方法,建立不同类型砒砂岩影像解译标志,在地理信息系统支持下,采用计算机辅助下的人工解译,对以晋陕蒙接壤地区为中心的砒砂岩分布范围进行全面界定,并将其划分为裸露砒砂岩区、盖土砒砂岩区和盖沙砒砂岩区3个类型区,确定每一类型区的分布范围及面积大小。结果表明:砒砂岩区总面积1.67万km2,其中,裸露砒砂岩区面积4543.89km2,盖沙砒砂岩区面积3709.18km2,盖土砒砂岩区面积8432.41km2,分别占砒砂岩区总面积的27.2%、22.2%、50.6%。准确划分砒砂岩区,为其全面治理及黄河粗泥沙来源区治理提供科学依据。     

黄土耕作坡面溅蚀过程中微地形响应特征

[目的]探究60mm/h雨强下不同耕作坡面在溅蚀阶段的微地形变化特征,为黄土坡地水土保持耕作方式布设提供科学依据。[方法]在室内人工模拟降雨试验的基础上,采用激光扫描量测方法分别获取溅蚀前后4种不同耕作方式(人工锄耕、人工掏挖、等高耕作、耙磨整平)黄土坡面微地形相对高程,并对能反映微地形变化的高精度M-ΔDEM进行了分析。[结果]不同耕作措施下坡面微地形均具有较弱的空间变异,其空间分异主要受耕作措施的影响;降雨对微地形具有一定的夷平效应,且不同耕作坡面在1~1.3m尺度范围内均表现出侵蚀平衡现象;不同耕作微地形对溅蚀均具有阻滞作用,其中人工掏挖和等高耕作具有较强的水土保持作用。[结论]微地形水系分维能较好地反映复杂的微地形特征,而坡面耕作方式是溅蚀过程中微地形时空变异分布状况的控制性因子。     

基于房屋基面数据的安徽省金寨县居民点空间分布特征分析

[目的]对安徽省金寨县居民点空间分布特征进行研究,为统筹规划山区农村聚落建设、城镇化建设和居民点优化布局提供科学依据。[方法]通过目视解译高分遥感图像建立金寨县居民点房屋基面数据,以地形数据作为本底数据,借助GIS空间分析技术提取金寨县地形属性特征,并将水系、道路、地形等要素同房屋基面数据进行空间关联分析。[结果]金寨县59.8%的房屋布局在水系附近500m的范围内,60.5%的房屋布局在道路附近100m的范围内;居民点在海拔400m,坡度20°和起伏度200m以下的地区呈现较高的聚集特征,东南、正东和正南3个坡向分布了45.8%的房屋,朝南的房屋数量是所有朝向中最多的。[结论]水系、道路、地形因子和采光条件是影响金寨县居民点布局的重要因素,居民点在水系与道路附近、海拔低、坡度低、起伏度低和采光条件好的地区呈现明显的聚集特征。     

三维激光扫描提取DEM的地形及流域特征研究

以三维激光扫描系统为工具,建立黄土高原丘陵沟壑区绥德县桥沟小流域高精度DEM。在ArcGIS中将高精度DEM和该流域1:1万 DEM分别生成6种栅格大小不同的DEM图像。用2种精度、6种不同水平分辨率的DEM提取研究区的地形及流域特征,进行对比分析。结果表明:与1:1万 DEM相比,高精度DEM提取出的研究区流域面积变小,平均坡度、平均高度、沟壑密度增大,河网密度、河道坡度增大,能够更加详细、准确地描述研究区的地形及流域特征,对流域水文过程分析以及水土保持研究起到积极作用。     

基于ASTERGDEM数据的湖北省地形起伏度及其与人口和经济的关系研究

[目的]探讨湖北省地形起伏度及其与人口和经济的定量关系,为制定合理的人口经济政策、引导人口经济合理布局和治理生态环境等方面提供科学依据。[方法]采用邻域分析法、均值变点法等方法,确定湖北省地形起伏度最佳统计单元,根据分级标准绘制湖北省地形起伏度分级图,并分析地形起伏度对研究区人口和经济分布的影响。[结果]湖北省地势整体上以平原、丘陵为主,平原地貌类型主要分布在江汉平原,丘陵主要分布在黄冈北部、咸宁、黄石南部、鄂西北和鄂西南大部,两者占湖北省面积的70%。随着地形起伏度的增加,县域人口密度和经济密度逐渐降低,呈显著负相关,而且县域地形起伏度越小,人口密度和经济密度在垂直方向越分散。[结论]地形起伏度与县域人口密度和经济密度有负相关性,对区域人口和经济分布有一定的影响。     

北京市小流域山洪危险区划分初探

北京山区沟域经济发展面临汛期暴雨山洪严重威胁,开展小流域山洪危险区划分对于沟域经济发展带规划和建设具有重要的指导意义。结合高精度DEM、小流域沟道测量和2012年"7.21"特大暴雨洪水调查资料,探讨了北京市小流域山洪灾害危险区划分方法与实现步骤。运用ArcGIS和HEC-RAS软件,以北京市房山区宝金山小流域为例,完成了沟道洪水演进和不同频率淹没范围确定,得到的危险区划分结果基本符合实际淹没范围。     

DEM水平分辨率对流域特征提取的影响分析

在基于数字高程模型（DEM）的流域地形分析中,栅格DEM的分辨率对分析结果具有很大的影响。以舒城县内面积为7.9 km²的龙潭小流域作为研究区域,分别对分辨率为5 m×;5 m～50 m×;50 m的10幅DEM数据进行流域特征提取和分析,计算地形指数并分析其分布特征。研究表明:在小流域尺度上,DEM分辨率的变化对流域面积、最长河道长度等参数影响不大,对河道总长度、河网密度及平均坡度等参数有较大影响,对流域特征的提取影响规律为DEM分辨率越低,提取的流域特征越粗糙;且分辨率低于15 m的DEM计算出的地形指数值较为离散、概率分布曲线形状较之5 m分辨率DEM的地形指数概率分布曲线有明显不同,表明分辨率低于15 m的DEM对小流域水文地形信息的反映较差,为小流域尺度水文模型DEM数据适宜分辨率选取提供一定的理论依据。