基于GIS的黄土高塬沟壑区砚瓦川流域地形特征提取与分析

以GIS技术为依托,研究了典型高塬沟壑区砚瓦川流域的地形分布特征.以1:5万地形图作为信息源,矢量化等高线,并用Hutchinson方法建立DEM(ANUDEM).从DEM中提取了坡度、剖面曲率和坡长三个地形因子,并对其特征进行了分析,同时与丘陵沟壑区相应地形因子特征进行了对比.结果显示:流域50%的面积坡度在9°以下、剖面曲率小于7,这反映出高塬沟壑区地面比较平坦的地形特点.坡长分布主要集中在10～150 m,其中10 m坡长分布最广.这些地形特征信息为砚瓦川流域及同类地区的生态建设与农业生产提供了有力的技术和基础数据支撑.     

基于DEM的马莲河流域数字地形分析

研究基于DEM的数字地形分析可以为各个领域提供地形分析的基础理论及实现手段。DEM水平分辨率作为重要的尺度参数,是确定地形参数和应用尺度的重要指标。选取陇东黄土高原地区的马莲河流域作为研究对象,应用美国ESRI公司开发的ArcGIS地理信息系统软件,基于数字高程模型进行流域地形特征的提取与分析。研究提取流域的基本地形特征如坡度和坡向,提取流域水系,划分了小流域。通过分析比较,得出DEM水平分辨率对提取的地形特征及水文特征的影响,为马莲河流域的数字地形分析提供了理论依据。     

梯田地形形态特征及其综合数字分类研究

梯田地形具有独特的平面和剖面形态特征,而现有梯田地形分类无法准确反映梯田地形的平面形态特征,导致其难以满足未来构建梯田地形数值模拟模型的需求.以黄土高原旱梯田地形为切入点,对梯田地形的总体特征、平面和剖面形态特征及几何量测特征进行深入研究,提出了基于梯田平面形态特征的梯田地形分类,并在结合现有梯田地形分类的基础上,构建出梯田地形综合数字分类.与传统梯田地形分类相比,该分类综合考虑梯田的总体特征和平面及剖面形态,能更好地反映梯田独特的形态特征和几何量测特征.研究结果为未来构建梯田地形数值模拟模型奠定了坚实基础,对于探讨利用DEM实现梯田地形的有效数字表达与分析具有重要理论意义.     

基于DEM的水土流失型非点源污染估算

水土流失既是一种非点源污染形式,同时又是其他非点源污染物流失的载体。本文以大亚湾流域为例,利用数字高程模型(DEM)获取基础资料,通过类比国内外的相关研究成果而获得的输出系数模型参数,采用输出系数模型法估算水土流失型非点源污染负荷,探讨快速评估大尺度水土流失型非点源污染负荷的方法。     

ANUDEM和TIN两种建立DEM方法的对比研究

针对流域水文和土壤侵蚀定量模拟分析需要,对基于TIN和Hutchinson方法建立的DEM表现地形形态和起伏的能力进行了对比研究。结果表明,基于TIN建立的DEM始终存在一些平顶现象,一些较小的侵蚀沟被忽略,其上提取的河流不完全连续,多处出现多重线条河流,因而不能如实地反映地形起伏的细部特征。而基于ANUDEM建立的DEM,其派生等高线的形状与输入等高线吻合较好,较好地表现了地形的形态和起伏,对地形和坡度的反映更加连续和光滑,其上提取的河流信息基本与地形图上的河流一致。     

DEM地形复杂度指数及提取方法研究

在充分阐述各种地形信息表达方式的基础上,提出了基于栅格DEM的地形复杂度指数的概念与计算方法。研究结果认为,DEM的地形复杂度指数是描述地形变化程度的综合指标。可以在一个3×3窗口中,通过提取栅格中心点与其邻域栅格所组成的相邻的空间平面之间的夹角来表示。根据在陕北黄土丘陵沟壑区1∶5万DEM的试验结果显示,该方法所提取的地形复杂度指数,可有效地描述该类DEM信息源的地面形态变化情况。该研究结果为进一步深入探讨DEM地形信息量的概念体系,以及地形信息量的空间分异规律及其随空间尺度(比例尺、栅格分辨率)变化的规律创造了重要的条件。     

陕西省地形起伏度最佳计算单元研究

[目的]确定陕西省地形起伏度最佳计算单元,分析地形起伏度的空间分布规律,为地貌类型划分提供基础数据。[方法]以陕西省90 m×90 m的航天飞机雷达地形测绘使命(SRTM)数字高程模型(DEM)数据为基础,首先利用邻域统计分析法〔矩形邻域选取2×2,3×3,4×4,…,35×35共34个不同大小的邻域窗口,圆形邻域窗口选取20个(邻域半径R为2~21)〕对陕西省地形起伏度进行提取,然后统计不同矩形窗口和圆形窗口下的各种地形起伏度类型所占面积比例,接着运用均值变点分析法计算最佳计算单元,最后完成陕西省地形起伏度分级图的绘制,并对地形起伏度特征进行分析。[结果]不同地形起伏度类型所占面积比例的变化各有不同。按矩形邻域计算的地形起伏度最佳计算单元为12×12,对应面积为898 704m2,按圆形邻域计算的地形起伏度最佳计算单元为R=8,对应面积为1 254 191.4m2,这说明在使用邻域分析法提取地形起伏度时,采用圆形邻域有别于采用矩形邻域。陕西省地形总体较平缓,主要以小起伏、中起伏为主。[结论]简单实用的均值变点分析法,是确定最佳计算单元的一种较为理想的方法。     

基于梯田信息的地形湿度指数表达研究

[目的]研究基于梯田DEM的地形湿度指数,为深化黄土高原地区土壤水分的研究提供依据。[方法]以黄土高原地区梯田为研究对象,选择5mDEM、基于真实田坎方法构建的1m梯田DEM和基于激光点云数据构建的高精度1 m DEM数据分别对研究样区的地形湿度指数进行表达并作对比分析。[结果]3种不同梯田DEM数据对地形湿度指数的表达有显著差异。(1)5m DEM数据仅能表现出地形湿度指数的宏观分布特征,不具备梯田地形特征信息;(2)基于真实田坎方法构建的1m梯田DEM能较准确细致地实现对梯田样区地形湿度指数的表达,梯田田面和田坎特征分布明显。但与高精度1 m DEM相比,在单个田面和田坎内部地形湿度指数定量表达有所偏差。[结论]基于真实田坎方法构建出的梯田DEM可以更加准确地表达出梯田区域的地形湿度指数分布特征,但与真实地形相比,在田面和田坎内部的表达上仍然有所偏差,其构建方法需要进一步改进。     

数字高程模型DEM的建立与应用

文章对ＤＥＭ的建立方法进行了探讨,并在开发的ＤＥＭ系统上自动生成坡度图,绘制透视立体图,完成土地利用分析和土方量计算方面的应用研究。     

基于DEM通用土壤流失方程地形因子的算法设计与优化

论述了通用土壤流失方程在区域尺度应用时,基于数字高程模型计算其地形因子的算法及其流程,并在ArcGIS的GRID平台上开发实现.实践证明,采用最大坡降坡度法和累积坡长法求取坡度和坡长,进而计算通用土壤流失方程地形因子的算法合理可信.通过水系数据的叠加优化,一方面提高了程序的计算效率,同时也减少了不合理累积坡长值出现的机率.     

SRTM DEM在TOPMODEL模型中的可用性分析

以皎口水库流域为例,用数字化1:5万地形图所得DEM在TOPMODEL模型模拟中的结果作对比,研究了SRTM DEM在TOPMODEL模型中的可用性.研究发现SRTM DEM水平分辨率约90m的数据能够用于数字高程模型难以获取的大中型流域的TOPMODEL模型的水文模拟,并能取得较好的模拟效果.     

改进型TOPMODEL在不同尺度和气候条件流域上的适用性研究

在阐述TOPMODEL基本原理的基础上,针对现行TOPMODEI．地形指数计算方法、产流机制、汇流方式3个方面进行了改进,并将改进后的模型在小尺度湿润的子午河流域和中尺度半干旱的马莲河流域进行了模拟测试。在模拟过程中,定量分析了模型模拟的各个水文过程变量,探讨和揭示了该模型在不同尺度和不同气候条件流域上的适用能力。研究结果表明,改进后的TOPMODEL能够准确地表达实际流域关键地形参数的空间分布特征,客观地描述流域水文过程的内在机理。该模型在小尺度湿润流域测试效果较好,在中尺度半干旱流域虽然精度相对较低,但仍然能够模拟和解译大部分的水文机制。     

土壤结皮几种分析测算指标的应用评价

土壤结皮是表层土壤在降雨径流或生物等共同作用下,形成的较原始土壤致密的土表硬壳,一般厚度约数毫米.此类地被物普遍存在于干旱半干旱地区,它的出现深刻影响降雨入渗、土壤侵蚀、养分循环、种子萌发以及生物多样性等生态过程,是目前自然地理科学研究的热点问题之一.容重、抗剪强度、土壤薄片以及人渗量、溅蚀量等是当前土壤结皮定量研究的主要指标.本文就此类指标的测算方法进行了详细的评述,并基于我国3种典型土壤(黄土、黑土、紫色土)结皮相关指标的分析测算,探讨各个参数的有效性、局限性以及应用时需要注意的问题,同时首次运用ERDAS软件分析结皮薄片的孔隙度,旨在为同类研究提供方法借鉴.     

三峡库区张家冲小流域降雨-径流模拟

以三峡库区的张家冲小流域为例,对降雨—径流过程进行模拟,以期为库区小流域水土流失和非点源污染过程研究提供借鉴,并为控制三峡库区的水土流失和非点源污染,保障库区的水资源安全,缓解日趋严重的环境压力提供科学支撑。首先以研究区的水文、气温观测资料以及数字高程模型为基础,利用半分布式水文模型TOPMODEL模型对日径流进行模拟,选用Nash—Sutcliffe效率系数、均方根误差RMSE以及相关系数r作为目标函数。模拟结果表明,研究区径流的模拟值与实测值变化趋势较为一致;丰水期的模拟精度和拟合效果都优于枯水期,且差异较大;依据《水文情报预报规范》SL250—2000,确定该区丰水期的模拟精度为丙级,枯水期在丙级以下。研究发现,TOPMODEL比较适用研究区丰水期的日径流模拟,不适用于枯水期的日径流模拟。     

TOPMODEL模型研究进展与热点

TOPMODEL是一种基于物理过程的半分布式水文模型。该模型以计算地形指数的空间格局来反映流域饱和缺水量的空间分布。物理意义明确。介绍了TOPMODEL的原理。以及地形指数的意义和计算方法，讨论了TOPMODEL与GIS集成。以及模型尺度等热点问题。     

半分布水文模式TOPMODEL之应用

TOPMODEL（Topography MODEL）为一半分布水文模式，是由英国兹里大学的Beven及Kirkby于1979年所发展，可以数学方式表示水文循环过程的模式，其概念简单、参数少、操作方便，近年来模式不断修正改进，更可与数值高程模型与地理资讯系统相配合，因此已受到国内外学者的青睐而广泛使用。TOPMODEL的...     

不同地形复杂度下的水文尺度效应研究

分布式水文模型都建立在基于DEM的地形分析基础上,因而DEM分辨率对径流模拟的影响十分显著。以资水流域的新宁站集水区为研究对象,计算了该区域地形复杂度指数空间分布,分析了降雨和地形空间变化的相互作用对不同DEM分辨率下水文模拟的影响。结果表明,DEM分辨率对流量过程的影响取决于暴雨中心所在地区的地形复杂程度。当暴雨中心所在的区域地形变化剧烈,复杂程度较高时,此时DEM空间分辨率对径流模拟的影响十分明显,不同DEM分辨率下的洪水过程模拟精度差异显著;若暴雨中心所在的区域地形变化一致或比较平坦时,此时径流模拟精度对DEM分辨率的变化不敏感。以上结论对于进一步解决水文过程中的尺度问题提供了理论分析基础。     

基于GIS的流域地貌形态分形盒维数测定方法研究

流域地貌形态分形维数测定是目前地貌分形研究的薄弱环节,对于流域水土流失预报模型中地貌因子量化具有重要科学意义。依据分形盒维数测定原理,结合流域地貌的复杂三维立体特性,提出了以地形等高线为基本数据源,以GIS技术作为主要实现手段的流域地貌形态分形盒维数测定方法,编制出了相关测算程序,并以岔巴沟流域为例进行了实证研究。结果表明,该方法快速、准确、数据可靠,可实现不同尺度流域地貌形态分形盒维数的测定。     

红壤和紫色土抗侵蚀性指标的计算方法研究

以长江流域主要侵蚀性土壤——红壤和紫色土为研究对象,以土壤可蚀性K值作为土壤抗侵蚀性指标,采用通用土壤流失方程计算得到人工模拟降雨试验下红壤和紫色土的抗侵蚀性指标,分别为0.325 2和0.276 3。应用侵蚀—生产力评价模型（EPIC）,根据上述两种土壤的理化性质计算其土壤抗侵蚀性指标,分别为0.313 8和0.266 8。分析比较这两种方法得到的土壤抗侵蚀性指标,最终得到侵蚀—生产力评价模型（EPIC）的修正系数（1.04）。