基于DEM栅格和地形的分布式水文模型构建及其应用

摘要

随着信息、遥感等技术的发展,分布式水文模型以其充分考虑水文要素和各种参数空间变化的特点正成为水文模型的发展趋势.本文针对目前的研究状况和需要,结合国家自然科学基金项目,建立了一个基于DEM栅格和地形具有严格物理意义的分布式水文模型——GTOPMODEL(Grid-and-TOPgraphy-based distributed hydrological MODEL).首先总结和研究了基于DEM的流域信息提取方法,并归纳成算法,包括水系的提取、子流域的划分、排水网络的生成、距离—面积曲线提取等流域特征的提取.然后提出了单元汇流带的概念,以此为基础,通过达西定律和假设:

目录

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第一章绪论

1.1问题的提出

1.2国内外研究动态

1.2.1流域信息的提取和应用

1.2.2分布式水文模型的研究

1.3本文研究内容

第二章基于数字高程模型的流域信息提取

2.1 DEM的预处理

2.1.1洼地标定及抬升算法

2.1.2平地起伏算法

2.2流向判定

2.3水系提取及子流域划分

2.3.1集水面积的确定和河流栅格点的生成

2.3.2水系生成

2.3.3子流域的提取

2.4流域信息提取

2.4.1子流域长度

2.4.2子流域坡度

2.4.3子流域面积、河道长度

2.4.4等流时线分布

第三章 GTOPMODEL模型原理及TOPMODEL、新安江模型改进

3.1单元汇流带的定义

3.2 GTOPMODEL基本假设与方程

3.3 GTOPMODEL蒸散发模型

3.3.1植被及根系截留计算

3.3.2蒸散发计算

3.4 GTOPMODEL产流模型

3.4.1土壤非饱和层重力排水

3.4.2土壤饱和层出流

3.4.3饱和坡面流

3.5 GTOPMODEL汇流模型

3.5.1基于栅格的Muskingum逐栅格演算法

3.5.2基于子流域的等流时线汇合法

3.6 GTOPMODEL地形指数计算方法

3.7 GTOPMODEL模型计算流程与参数

3.8雨量空间插值

3.8.1最近邻法(Nearest Neighbor)

3.8.2算术平均值(Arithmetic Mean)

3.8.3距离反比法(Inverse Distance)

3.9 TOPMODEL模型及新安江模型的改进

第四章模型应用比较与结果分析

4.1流域概况

4.1.1流域地理地形概况

4.1.2流域气象、水文特征概况

4.2流域资料处理

4.2.1 DEM资料

4.2.2土地覆盖与土壤组成成分资料

4.2.3降雨、蒸发、流量资料

4.3暴雨特性分析

4.4模型参数优化方法

4.4.1参数率定目标函数

4.4.2模型模拟效率评判准则

4.4.3参数率定方法

4.5 GTOPMODEL模型的应用

4.5.1 GTOPMODEL模型参数率定、优化

4.5.2 GTOPMODEL模型应用结果

4.6改进的新安江模型和TOPMODEL模型的应用

4.6.1流域分块及地形信息提取

4.6.2两个模型的参数率定、优化及应用结果

4.7模型应用结果比较与分析

4.7.1模型应用结果比较

4.7.2模型应用结果分析

第五章结论与展望

5.1结论

5.2展望

参考文献

附录A

附录B

附录C

附录D

致谢