基于GIS的南方红壤丘陵区小流域汇流网络提取研究

以南方红壤丘陵区宝洞峪小流域作为实验样区,在地理信息系统技术空间分析和水文分析模块的支持下,采用不同分辨率的DEM为基本信息源,探讨了汇流阈值与汇流网络密度间的定量关系.研究结果表明:汇流阈值与汇流网络密度呈定量统计关系.经过对所得数据的回归分析.得出了汇流阈值与汇流网络密度的定量回归模型,其中系数6呈较明显的空间分异特征并随着DEM精度的变化而变化.还提出了一种基于栅格个数的汇流网络密度计算方法,通过在实际研究中的应用,表明该方法可以有效地应用到汇流网络结构研究中.     

基于汇流累积计算的沟壑密度分析方法

沟壑密度是评价地表侵蚀影响,水土流失情况,进行地貌类型分析等的重要指标。文章基于研究区填洼后的DEM,利用地表汇流累积分析原理和栅格重分类方法,通过研究沟道覆盖区栅格数与汇流累积栅格二值化阈值间的关系,选择合适的阈值用于提取地表沟道。然后结合自然地表高程,分析合理的高程和相对高程栅格重分类阈值并进行高程栅格二值化,将二值化结果作为乘积模板并配合栅格细化算法优化沟道提取结果。最终利用1km~2单位面积规则格网对沟道提取结果进行目标栅格数统计计算,得到地表沟壑密度值。结果显示,该方法基于30 m分辨率DEM提取的西安市地表沟壑密度均值为1.29km/km~2。除雁塔区,其余各行政区统计均值与前人研究结果基本吻合。试验结果证明,基于本方法可以高效较精确地计算该市地表沟壑密度,分析结果可以量化研究区沟壑密度特征值以及通过栅格像元灰度变化体现沟壑密度变化趋势。     

DEM网格尺寸与沟谷提取精度研究

基于DEM的沟谷提取涉及到DEM网格尺寸和汇流累积阈值这两个重要因素的选择问题。以北京市八达岭小流域1∶1万地形图为数据基础,运用Region Manager 5.0软件、MATLAB 6.0软件和Excel统计功能模块,完成该小流域的沟谷提取工作和数据处理工作。分析得出:随着DEM网格尺寸和汇流累积阈值的增加,所提取的沟壑密度呈现幂函数趋势减小;比较这两个因素,DEM网格尺寸对沟谷提取的精度影响更大。试验发现,以汇流累积矩阵平均值作为依据选择汇流累积阈值较合适。     

基于GIS的不同精度DEM提取地形指标误差分析——以盐池县南部山区为例

以1∶5万和1∶10万地形图制作的DEM为研究对象,分别提取地面坡度及坡向、地表粗糙度、沟壑密度、坡长5种地形指标,并进行对比分析。实验样区为盐池县南部山区,基本技术平台为ARC/INFO地理信息系统软件。研究结果表明,两种精度DEM在提取地面坡度与地表粗糙度不同程度存在着误差,提取沟壑密度与坡长存在误差较小。提出了运用地理信息系统软件结合DEM提取沟壑密度与坡长的方法。研究成果对于DEM精度估算与误差纠正有一定的指导意义。     

基于BP神经网络的陕北黄土高原侵蚀产沙影响因子显著性研究

黄土高原地区的侵蚀产沙与影响因子的关系特征一直是研究热点。以陕北黄土高原23个小流域为实验样区,采用BP神经网络方法,将6个影响侵蚀产沙的因子作为输入变量,侵蚀产沙模数作为输出变量,通过输入变量与隐含层之间、隐含层与输出变量之间的权重矩阵关系,构建关系模型。实验结果显示,该方法可以有效地区分不同因子对侵蚀输沙模数影响的显著性;6个因子对侵蚀产沙影响的显著性由高到低依次为:岩土抗蚀性>蚕食度>沟谷密度>年均降雨量>NDVI指数>粉砂黏土含量。最后,随机选择3个小流域作为检验样本,采用BP神经网络进行预测,验证了该模型的有效性。该研究可望完善小流域侵蚀产沙分析方法。     

陕北黄土地区的土壤侵蚀面初探

本文应用数量地理学方法，从陕北黄土高原黄土地貌实际出发，论证侵蚀地貌形态示量要素间的关系及其对土壤侵蚀面的影响。通过相关分析，发现坡长、沟壑密度与土壤侵蚀面间有良好的线性正相关关系，复相关系数为0.9。建立了土壤侵蚀面与区域侵蚀模数间的回归模型.M=16.98S1.51，相关系数R=0.985.从而进一步证明了土壤侵蚀面概念和计算公式的合理性。     

东北漫川漫岗区侵蚀沟发育特征研究

东北漫川漫岗区位于黑土区核心位置,侵蚀沟发育严重。利用3S获取侵蚀沟数量、长度等数据,计算降雨侵蚀力、坡度、坡长,分析侵蚀沟发育特征及三因素对侵蚀沟发育影响。结果表明:东北漫川漫岗区75.11%的发展沟处于发育初、中期,潜在发育危险性较大,沟蚀剧烈程度地域性差异显著,研究区南、北部沟壑密度分别为0.3,0.06km/km2;地形、冻融历时、温差等差异造成降雨侵蚀力对北部侵蚀沟发育影响显著,南部相对较弱;研究区坡度与坡长呈正相关关系,北部坡缓造成坡度与沟壑密度呈线性增加关系,南部坡陡造成坡度与沟壑密度呈线性减小关系,北部、南部地形因子与沟壑密度分别呈线性增加、减小关系,随着坡长的增加,沟壑密度先增加后减小,临界坡长为900m。     

渭北旱塬小流域土地利用空间分布与地形因子的关系——以陕西省淳化县秦庄沟流域为例

以渭北旱塬秦庄沟流域为例,以土地利用现状为基础数据,结合ArcGIS技术,对地形因子数据和土地利用数据进行了叠加并提取,采用地形分布指数(LDI)分析了土地利用空间分布与地形因子的关系。研究结果表明,不同地类空间分布与地形因子坡度、高程、沟壑密度存在密切关系,并呈现一定的规律性。耕地优势分布主要在海拔900~1 100m,坡度为5°~25°,沟壑密度为0~4km/km2的区域;在海拔800~1 200m,坡度为0°~15°,沟壑密度为0~2km/km2和4~6km/km2的区域是园地优势分布区;林地优势区主要在海拔1 100~1 250m,坡度为15°~25°和25°,沟壑密度为2~6km/km2的区域;裸地的优势区在海拔800~1 000m和1 100~1 200m,坡度为25°,沟壑密度为4~8km/km2的区域;居民点用地优势区在海拔900~1 000m,坡度为0°~5°,沟壑密度为0~2km/km2的区域。     

黄土丘陵沟壑区不同数据结构DEM转换精度研究

栅格DEM与TIN是DEM表面建模主要的2种方法。应用DEM进行地形分析时,栅格DEM与TIN的相互转换非常必要,但在转换中所产生的误差直接或间接地影响到分析结果的准确性。以陕北黄土丘陵沟壑区的绥德县韭园沟流域为实验区,采用高精度的1:1万DEM为基准数据,探讨不同转换参数对转换精度的影响。实验结果表明,所建立的栅格DEM表面高程误差随着TIN的转换阈值的增大而增大、所提取的地面坡度、沟壑密度的精度随之降低。TIN的转换阈值以5 m为较为理想的指标。     

黄河多沙粗沙区分布式土壤流失模型研究

以侵蚀动力学、地貌学、水文学、泥沙运动力学的理论为基础,以黄河多沙粗沙区岔巴沟流域为研究区域,以地理信息系统为平台,构建了黄河多沙粗沙区小流域分布式土壤流失数学模型,可用于计算小流域梁峁坡、沟坡和沟槽三部分的土壤流失量,并达到了产汇流模型与产输沙模型的紧密耦合;提出了当量糙率系数的概念,初步解决了定量表达水土保持工程对产汇流的影响,使模型具备了预测评价不同水土保持治理方案效益的功能;利用3S技术实现了土壤流失预测模拟信息系统的自动提取。通过对岔巴沟流域和杏子河流域土壤流失实测资料的验证表明,本模型能基本正确反映黄河多沙粗沙区流域土壤流失规律。     

河南省地形、土壤和地表水体多样性格局特征

在水土资源多样性的研究中,地形要素对其空间分布形式和内在联系有重要影响。选取河南省作为研究区,在1 km×1 km网格尺度下以变形仙农熵公式计算河南省的地形空间分布多样性和土壤空间分布多样性(土类级别)及关联性,并将河南省划分为6个面积相近的次级区域,用空间分布面积指数(Y_h)计算地形、土壤的构成组分多样性,用空间分布长度指数(MSHDLI)计算地表水体多样性,对以上特征及关联性进行研究。结果表明:平原和潮土是河南省面积最大且空间分布离散性最高的地形类型和土类。地形与土壤之间关系密切,有76%以上的相关系数r值大于0.50,相关性高;6个分区中,东部分区为单一的平原地形但MSHDLI值次高,平原地形水系发育好,西部分区地形复杂且以山地为主但地表水体多样性指数MSHDLI值最小,山地条件下水系发育较简单;研究区面积相近的情况下,土类构成组分多样性值主要取决于土类间面积大小的均衡程度,与土类面积比例平均变化量之间呈负相关,R~2值为0.94;面状的地形和土壤构成组分多样性指数与线状的地表水体多样性指数间无明显相关性。综上所述,地形、土壤和地表水体三要素间关系密切,共同影响地多样性的空间格局。     

均匀坡度下考虑三偏差的滴灌系统流量偏差率的计算

为了精确地模拟滴灌系统流量偏差率,使滴灌系统的设计既经济又可靠,该文以考虑地形坡度及水力偏差的流量偏差率的计算方法为基础,根据不利组合原则与概率论知识,深入分析了制造偏差对滴灌系统流量偏差率的影响,并通过进一步水力计算和数学推理,建立了均匀坡度下滴灌系统流量偏差率与制造偏差率、水力偏差率及地形偏差率三者之间的函数关系,推导出考虑三偏差的流量偏差率计算公式。该公式不但可以用来模拟不同保证率下的滴灌系统流量偏差率,而且简便实用,可直接应用于滴灌工程设计中。     

甘孜县四通达沟泥石流的形成特性

川西高寒地区泥石流的形成机理、运动过程、动力特性,受高原地形地貌、地质构造、地层岩性、气候条件等影响具有独特性。以四川省甘孜县四通达沟泥石流为例,通过对泥石流清水汇流区、物源区、堆积区的详细调查、测绘和泥石流堆积物样品分析,研究了高寒高海拔地区泥石流的成因和特征,综合分析了泥石流的动力特性。研究表明:(1)流域地形高差大,沟道坡降比高,为泥石流形成提供了良好的地形条件;(2)流域汇水面积大,易形成短时暴雨的高原气候为泥石流的形成提供了水源条件;(3)该流域发育于川西高寒地区,处于寒温带、亚寒带、寒带等气候变化带,立体变化显著。强日照,大温差的气候条件使得岩石差异风化、冻融作用强烈,以及受鲜水河断裂带的影响,使岩体破碎,土体结构松散,为泥石流的形成提供了丰富的物源。     

基于人工神经网络的土壤颗粒组成制图

以浙江西苕溪流域为研究区,综合考虑地形和土壤类型等信息,采集典型土壤样本,测定土壤颗粒组成,并基于土壤颗粒组成与景观位置和特征之间的关系,利用径向基函数(RBF)神经网络建立了高程、坡度、平面曲率、剖面曲率、径流强度系数和地形湿度指数6个地形因子与土壤颗粒组成之间的非线性映射关系,预测土壤颗粒组成的空间分布。验证结果表明,RBF神经网络方法能够挖掘出地形因子信息与土壤颗粒组成之间的非线性映射关系,其预测精度较高,模型稳定性较好,是一种低成本、高效率的制图方法。     

基于BP神经网络自动提取沟谷研究

 提出将提取沟谷的过程转化为根据地形因子综合判定地貌类型的思路。以陕西绥德黄土丘陵沟壑区域1∶1万地形图制作的分辨率为5 m的DEM为研究对象,运用BP神经网络分析6种地形因子与沟谷地形的相互关联关系,认为降水累积量是判定沟谷地形的最重要因子。在试验样区建立BP神经网络,利用4种地形因子自动提取沟谷,并在检验样区通过了检验。     

定西于家山黄土洞穴的分布特征与侵蚀临界研究

黄土洞穴与滑坡、沟蚀等侵蚀过程联系紧密并加剧了黄土高原的水土流失程度,但目前黄土洞穴发育的分布特征与侵蚀临界暂未明晰。利用无人机获得了研究区高分辨率影像与数字表面模型,基于影像标识了黄土洞穴并统计了其土地利用类型与洞穴直径,利用标识点在数字表面模型上提取了黄土洞穴的坡度、坡向、曲率和汇水面积等地形数据并分析了黄土洞穴的分布特征。结果表明,黄土洞穴直径大多4 m。黄土洞穴在耕地上发育较少,多发育于牧草地区域流水汇聚的凹形坡,且在阴坡更为发育。同时,黄土洞穴坡度正切值范围集中于0.4～1.0,汇水面积一般不超过3 000 m~2。依托统计的坡度正切值与汇水面积数据绘制了黄土洞穴的侵蚀临界图并对比了黄土洞穴与浅沟、切沟的侵蚀临界。黄土洞穴的侵蚀临界边界分别为SA~(0.150)=0.368与SA~(0.135)=7.580,分布较广且覆盖了浅沟与切沟的侵蚀临界。浅沟、切沟的演化与黄土洞穴的发育有关,黄土洞穴通过连通与坍塌促进了浅沟、切沟的发育、转换与扩展,并因此加剧了黄土高原的水土流失。研究量化了黄土洞穴发育的分布特征,建立了黄土洞穴与浅沟、切沟的联系并深化了对黄土洞穴侵蚀过程的认识。     

大渡河流域野牛沟泥石流堵河危险性预测

野牛沟为大渡河流域中段具代表性的一条泥石流沟,其充足的物源储备和地形条件为泥石流的再次暴发提供了有利条件。通过对3种频率下野牛沟泥石流一次冲出固体物质方量、流量和扇形地的沟床条件3个方面的研究,对传统的堵河经验公式进行了修正,并通过对野牛沟泥石流的研究对修正后的经验公式进行了验证。结果表明,在P=1%(100年一遇泥石流)条件下,野牛沟发生泥石流会完全堵塞金汤河;P=2%时(50年一遇泥石流),可能会堵河或部分堵塞;P=5%时(20年一遇泥石流),野牛沟泥石流不会造成堵河。研究结果验证了修正后堵河公式在研究区域内的通用性,为泥石流灾害提前识别和预防提供了可靠的方法。     

空间回归分析在土壤属性预测制图中的应用

以河南省孟津县为研究区,选取坡度、高程、地面曲率和复合地形指数(CTI)作为表层土壤缓效钾含量空间预测的环境协变量,系统探讨了空间回归分析技术在土壤属性预测制图中的应用.结果表明:土壤缓效钾的空间自相关距离阈值约为10 000 m,与坡度、高程和地面曲率存在显著相关性;尽管空间回归模型的预测精度和普通回归模型相近,但前者可以更加准确地表征土壤缓效钾的空间分布格局及空间分异细节特征.     

一个用于分析土地覆被变化对径流机制影响的分布式月水量平衡模型

The Miyun Reservoir is the most important water source for Beijing Municipality, the capital of China with a population of more than 12 million. In recent decades, the inflow to the reservoir has shown a decreasing trend, which has seriously threatened water use in Beijing. In order to analyze the influents of land use and cover change （LUCC） upon inflow to Miyun Reservoir, terrain and land use information from remote sensing were utilized with a revised evapotranspiration estimation formula; a water loss model under conditions of human impacts was introduced; and a distributed monthly water balance model was established and applied to the Chaobai River Basin controlled by the Miyun Reservoir. The model simulation suggested that not only the impact of land cover change on evapotranspiration, but also the extra water loss caused by human activities, such as the water and soil conservation development projects should be considered. Although these development projects were of great benefit to human and ecological protection, they could reallocate water resources in time and space, and in a sense thereby influence the stream flow.     

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。