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。     

不同地貌类型区1∶25万比例尺DEM的建立方法

以在3个不同地貌类型区的试验为例证，研究探讨建立栅格化DEM的技术要点和技术方法，并对所建立DEM的精度进行评价。研究结果表明，在平原区可以直接利用Terlk层及水系要素建立DEM；在山区，则首先需要进行构造地形结构线的预处理，而在黄土丘陵沟壑区，不仅需要构造地形结构线，而且需借用大比例尺的高程数据进行高程加密处理，以最大限度地减少地貌特征信息的损失，为区域水土流失的动态监测基础地理数据库的建立提供重要的技术方法。     

水文地貌关系正确DEM的建立方法

 水文地貌关系正确DEM(hydrologically correct DEMs,Hc-DEM),是指符合水文地貌学基本原理,正确反映水文要素(水流方向、水流路径、水系网络、流域界线等)与地貌特征发生和位置关系的DEM。区域尺度水文和土壤侵蚀等研究中,地形因子参数只能利用DEM来提取,为了准确反映地面形态,有效提取地貌和水文特征因子,建立Hc-DEM是必需的。笔者对Hc-DEM的概念、建立方法进行了讨论和介绍;以黄土高原为例,提出了利用多种比例尺数字地形图和ANUDEM软件建立DEM的关键参数;通过与TIN方法建立的DEM的比较,对所建立的DEM进行了简要评价。研究表明,利用我国已有的数字地形图和ANUDEM软件,可以建立Hc-DEM,为流域水文和区域尺度水土流失定量分析模拟、区域尺度植被适宜性评价等研究提供更加直接的数据支持。     

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。     

基于DEM的山东沂沭泗河流域地貌演化与水土流失研究

水土流失其实是一种主要的侵蚀地貌演化过程。本文以戴维斯提出的地貌侵蚀循环学说和斯特拉勒(N.Strahler)提出的高程—面积分析法为基础,把高程—面积分析法运用到流域地貌发育研究之中,把山东沂沭泗河流域山丘区地貌发育阶段分为壮年期和老年期。各流域土壤侵蚀模数平均值、土壤侵蚀强度综合指数的大小与其地貌发育阶段呈良好的对应关系,说明尽管人类活动是加剧土壤侵蚀的重要原因,但地貌发育过程对土壤侵蚀的影响同样重要。     

基于DEM的淮河源地貌形态类型划分

[目的]对淮河源地貌形态类型进行划分研究,为该区土地利用、旅游和城市规划以及生物多样性保护提供参考依据。[方法]以淮河源地区为研究对象,基于分辨率为30m的DEM数据,采用地貌形态划分方案中具有代表性的柴宗新方案、徐汉明方案和高玄彧方案,运用空间分析中的邻域分析、重分类、地图代数以及转换工具等,分别对各方案下的淮河源地貌形态类型进行划分并与实际勘察地形进行对比与分析,探寻适合淮河源地貌基本形态划分的最佳方案。[结果]柴宗新方案要素单一,不能确切反映地貌的基本特征;高玄彧方案中的2级分类对研究区并未发挥其作用,该方案比较适合高程高,地貌形态类型多的地区;徐汉明方案采用相对高度和海拔高度2个条件作为地貌基本形态划分的依据,此方案即兼顾了绝对高度的客观作用,又考虑了人们观察山地的真实感受,因此徐汉明方案比较适合淮河源地貌形态的划分。[结论]根据徐汉明方案将淮河源地区地貌形态划分为平原、丘陵、低山和中低山4种类型,主要以平原和丘陵为主,表现为东低西高,北低南高的地势特征。     

不同地貌类型区1∶25万比例尺DEM的建立方法

以在 3个不同地貌类型区的试验为例证 ,研究探讨建立栅格化 DEM的技术要点和技术方法 ,并对所建立 DEM的精度进行评价。研究结果表明 ,在平原区可以直接利用 Terlk层及水系要素建立 DEM;在山区 ,则首先需要进行构造地形结构线的预处理 ,而在黄土丘陵沟壑区 ,不仅需要构造地形结构线 ,而且需借用大比例尺的高程数据进行高程加密处理 ,以最大限度地减少地貌特征信息的损失 ,为区域水土流失的动态监测基础地理数据库的建立提供重要的技术方法     

不同地貌类型坡度提取算法的比较

分别选取陕北延川、贵州省黔西南牛场、河北省井径县作为黄土地貌、喀斯特地貌以及低山丘陵地貌的典型样区,并建立该样区的1：1万,5m分辨率的DEM。采用简单差分、二阶差分、Frame差分、三阶不带权差分、三阶反距离平方权差分（Horn算法）、三阶反距离权差分6种算法提取坡度,对不同算法提取坡度的信息进行对比研究,并分析了不同算法提取坡度产生差异的原因,确定了适合不同地貌的算法。结果表明,在不同的地貌类型上使用8个邻接单元的算法精度总高于使用2个或4个邻接单元的算法,其中三阶反距离平方权差分（Horn算法）与三阶反距离权差分在所研究的3种地貌类型上均是比较合适的。     

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。     

基于DEM和SCS模型的四川盆地丘陵区局地径流研究

人类活动对产流的影响是水文科学研究的热点,如何采取有效的方法利用表面径流成为解决水资源危机的关键问题。以重庆市忠县拔山镇3个村为研究区,基于土地利用、土壤、降雨等信息,应用SCS模型对四川盆地丘陵区局地径流进行计算和分析。研究区径流空间分布与下垫面土地利用类型和土壤类型密切相关,下垫面单一的水域和裸地所形成的径流量大,而有作物的水田和旱地所形成的径流量较小;研究区径流年内分配相对集中,主要产生在4月至10月,占全年的90%以上,但整体上看,径流与降雨呈现一致性趋势;研究区年际径流量分布不均,呈现丰、枯水年交替变化的现象,年径流变差系数Cv值较小。研究结果还表明:SCS模型所需参数较少,并考虑了径流与土壤特性和土地利用情况的关系,是一种简洁且实用的径流计算方法;利用GIS软件,可使局地径流数据图像化,这使径流等水文过程更加简明和直观。因此,利用GIS等软件分析研究各个集水区径流的时空变化等规律,可为研究各个集水区内农业水资源布局等提供方法和参考,实用性和可操作性强。     

基于DEM的黄土坡面流水侵蚀潜能因子初步研究

坡面径流对地表的侵蚀,本质上是由于流水重力势能累积作用的结果。从坡面流水的能量累积角度,提出了一种反映原始坡面侵蚀动力的流水侵蚀潜能因子的基本概念及其计算原理;设计了基于高精度数字高程模型(DEM)的流水侵蚀潜能因子的计算方法,完成了多期模拟小流域的流水侵蚀潜能因子的计算,并基于该因子获取了相应的侵蚀动力点结果;分析了侵蚀动力点的空间分布特征,并以此为依据,初步讨论了地形的演化规律。结果表明,运用坡面流水侵蚀潜能因子进行坡面侵蚀强度及其演化规律的研究,具有重要的理论意义和实际的应用价值。     

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。     

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。     

黑土区小流域土壤速效磷空间分布模拟方法

为探索东北黑土小流域土壤AP空间分布模拟的最佳方法,综合考虑区域尺度、景观格局和采样方法等信息,选取两个典型黑土小流域(光荣和海沟河流域)作为研究对象,结合半变异分析、回归分析、主成分分析等方法,比较了不同空间插值方法(反距离权重法、径向基函数法、普通克里格、协同克里格、多元线性回归模型、地理加权回归模型、回归克里格和地理加权回归克里格)对AP空间模拟精度的影响。结果表明:(1)引入主成分分析后能够提高回归克里格和地理加权回归克里格方法的模拟精度(4.5%和2.4%);(2)地理加权回归克里格方法可以作为最优空间插值方法模拟黑土区小流域AP的空间分布格局。地理加权回归克里格方法相较于传统插值方法能在一定程度上提高黑土小流域土壤AP空间模拟精度,为小流域尺度黑土养分管理提供技术支撑。     

不同比例尺数字高程模型对土壤侵蚀强度分级的影响

基于1∶5万和1∶50万2种不同比例尺的数字高程模型(DEM),结合土地利用类型、植被覆盖度等指标,对试验区土壤侵蚀强度进行了分级,并对不同比例尺DEM求算的坡度差异及其对土壤侵蚀强度分级的影响进行了分析。结果表明:1∶50万DEM较1∶5万DEM综合了大量信息,求算的坡度整体上偏小而使分级结果多集中在微度侵蚀区;不同地貌单元受DEM信息综合的影响不同,地形平坦的山前岗地区受影响最大,而地形复杂的中山区受影响相对较小。     

湖南复杂地形下日平均气温空间插值方法探讨

基于湖南省97个常规地面气象台站1961-2008年逐日的日平均气温资料,对湖南复杂地形下日平均气温空间插值方法进行探讨。采用考虑海拔影响下的反距离法等6种空间插值方法进行500m×500m格距的小网格推算,对多种插值结果的误差进行了交叉检验,同时利用2007-2008年湖南省1215个自动气象站的观测资料进行误差检验,并对不同时间段、不同区域、不同地形下的各插值方法进行了对比分析。结果表明：各空间插值方法的计算结果基本接近,但是要避免使用易导致＂牛眼＂现象的IDWE等方法;在海拔高度500m以下时,除了SFE各方法误差接近,500m以上时,以IDWGE方法最优;在湘西山区以KRGE方法的空间插值较优,湘东山区以IDWGE方法误差最小。在冬半年以MRG方法误差小,夏半年以KRGE方法误差小。相对于传统的采用界限温度的初终日进行直接插值,对逐日平均气温插值后再推算界限温度的初终日,物理意义明确,计算结果更接近于实际值。研究结果可为湖南精细化农业气候区划提供高时空分辨率的网格资料。     

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.     

南方水蚀区不同侵蚀程度土壤粒径分形研究

土壤粒径分布是土壤和环境要素综合作用的结果,因而可藉以指示环境要素的某种性状。对南方水蚀区不同侵蚀程度下土壤粒径的分布特征进行研究,计算土壤粒径分布分形维数值,并分析其与土壤质地和土壤侵蚀程度的关系。结果表明,研究区土壤质地主要为砾石土,其2 mm以下的体积分形维数和重量分形维数分别介于2.52～2.99和2.48~2.73之间,粒径重量累积百分比在2 mm处产生显著变化,粒径域的重量分形维数在2 mm以上和2 mm以下分别为1.79~2.81和2.52~2.79。2 mm以上粒径域的重量分形维数与土壤质地和土壤侵蚀程度呈显著的相关性。土壤质地越细,或土壤侵蚀越轻微,2 mm以上粒径域的重量分形维数越大,反之亦然。故土壤2 mm以上粒径域的重量分形维数可综合表征研究区土壤质地和土壤侵蚀程度。     

GIS‐based rapid assessment of erosion risk in a small catchment in the wet/dry tropics of Australia

Assessing the impact of various land uses on catchment erosion processes commonly requires in‐depth research, monitoring and field data collection, as well as the implementation of sophisticated modelling techniques. This paper describes the evaluation of a geographic information system (GIS)‐based rapid erosion assessment method, which allows the user to quickly acquire and evaluate existing data to assist in the planning of more detailed monitoring and modelling programmes. The rapid erosion assessment method is based on a simplified version of the revised universal soil loss equation (RUSLE), and allows the rapid parameterization of the model from widely available land unit and elevation datasets. The rapid erosion assessment method is evaluated through the investigation of the effects of elevation data resolution on erosion predictions and field data validation. The use of raster digital elevation model (DEM)‐derived data, as opposed to vector land unit relief data, was found to greatly improve the validity of the rapid erosion assessment method. Field validation of the approach, involving the comparison of predicted soil loss ratios with adjusted in‐stream sediment yields on a subcatchment basis, indicated that with decreasing data resolution, the results are increasingly overestimated for larger catchments and underestimated for smaller catchments. However, the rapid erosion assessment method proved to be a valuable tool that is highly useful as an initial step in the planning of more detailed erosion assessments. Copyright © 2001 Commonwealth of Australia.