GIS辅助下的TOPMODEL模型在流域径流模拟中的应用

摘要

水文模型在水资源开发利用、水资源保护、防洪减灾，水库设计与调度、道路规划、城市规划、面源污染评价、土地利用变化的水文过程响应等诸多方面得到了广泛的应用。当今的一些研究热点，如全球气候变化的水文过程响应、生态环境需水量估算、水资源可再生性综合利用和评估等均需要水文模型的支持。 GIS是运用系统工程和信息科学的理论，科学管理和综合分析具有空间内涵的地理数据，以提供对规划、管理、决策和研究所需信息的技术系统。近年来GIS在水文模拟中得到了广泛的应用。借助于GIS强大的空间数据分析处理功能，水文模型的研究手段得到了根本性的转变。 本文讨论了GIS辅助下的TOPMODEL半分布式水文模型在流域径流模拟中的应用。针对目前现有的各种分布式水文模型进行比较，选择结构简单、优选参数少的TOPMODEL为研究对象。并讨论了目前水文模型与GIS耦合的六种方式。分析了TOPMODEL模型的物理机制及基本方程推导和假设；论述了TOPMODEL中重要的参数之一：地形指数的计算方法；讨论了DEM在TOPMODEL中的应用及基于GIS获取研究区域地形的DEM方法；和基于GIS的水文分析功能提取地形指数参数的过程和方法。详细讨论了基于ArcEngine组件的灌区GIS系统与TOPMODEL模型的耦合方法。阐述了GIS组件技术，ArcEngine组件的、特点、功能和组成，系统界面的开发，封装TOPMODEL模型的方法以及在VC＃.NET环境下模型与组件GIS系统的联接。以疏勒河灌区GIS系统为背景，实现了GIS辅助下的TOPMODEL模型的数据组织和计算结果的表达。