基于DEM的数字流域特征提取及水文网络构建研究

摘要

数字流域被国内外实践证明是优化配置流域资源，保护流域生态环境的有效手段，也成为我国研究和解决江河水利与水害问题的高科技手段。数字流域建设的关键在于流域特征数据的获取和水文模型建立。数字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）因其包含了丰富的地形地貌、水文特征等信息已成为数字流域提取的主要手段被广泛应用；水文模型的建立则需要解决水在流域中的流动问题，流域水文网络的搭建不仅可以描述流域的汇流关系，揭示流域内水的运动过程，而且可为水文模型的建立奠定科学可靠的基础。
　　本文以清涧河流域为研究区，以SRTM3 DEM为数据源，基于Arc Hydro工具完成研究区流域特征提取和水文网络构建。主要研究内容如下：
　　（1）基于DEM的数字流域特征提取研究。总结了目前数字流域特征提取的原理和方法，并基于坡面径流理论实现了对研究区的流向分析、汇流分析、水系提取和分级、子流域划定和流域出水口划定，同时计算出能反映清涧河流域特征的流域描述参数，如流域面积、流域形状、流域坡度等。
　　（2）集水面积阈值的确定方法研究。在提取不同集水面积阈值下的流域水系的基础上，分别探求集水面积阈值与河网密度和河网分维数之间的关系，并与1：25万已知水系数据对比验证，最终确定集水面积阈值，以提高水系提取效果，避免主观性和随意性。
　　（3）流域水文网络构建研究。基于Arc Hydro工具实现了研究区水文网络的构建，利用水文结点、水文边线和水文区域的拓扑关系表达流域汇流关系，采用属性关联的方式记录各要素类的拓扑关系，并通过所建的网络实现河流方向、流经路线的查询及河流距离出水口的距离量算。

目录

第一章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 研究内容及关键问题

1.4 论文结构

第二章 研究基础

2.1 研究区概况

2.2 数据基础

2.3 工具基础

第三章 基于DEM数字流域特征提取

3.1 数字流域特征提取原理

3.2 集水面积阈值确定方法

第四章 清涧河流域特征提取

4.1 清涧河流域特征提取

4.2 集水面积阈值确定

4.3 流域描述参数计算

第五章 流域水文网络构建与应用

5.1 流域水文网络

5.2 清涧河流域水文网络构建

5.3 流域水文网络的应用

结论和展望

结论

不足和展望

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢