小流域产水产沙计算中地理信息的提取和分布式功能的实现

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1、泥沙研究年月第期小流域产水产沙计算中地理信息的提取和分布式功能的实现王玲玲刘兰玉姚文艺秦奋王昌高黄河水利科学研究院河南郑州重庆市环境科学研究院重庆河南大学河南开封摘要以栅格为基础以地理信息系统为平台自动提取模型计算所需要的参数基于的平台应用进行二次开发实现了水文模型和产沙模型以及模型与的紧密耦合最终实现了模型分布式功能关键词产水产沙分布式模型信息提取中图分类号文献标识码文章编号在黄土高原小流域水土流失治理的设计规划中迫切需要了解流域内径流泥沙来源的空间差异也就是在流域上游到出口断面处逐区逐块地模拟预测一场降雨条件下流域的产流产沙空间分布及时间分布基于的分布式产水产沙模型能满足这些需求分

2、布式产水产沙模型的开发不仅需要单元水文物理机制的支撑而且需要获得大量的流域空间分布数据信息和相关技术的支持本文以岔巴沟流域为研究区域采用美国公司的软件探讨了模型运算所需要的各种参数自动提取的方法以及实现模型分布式功能的技术要点模型的结构模型的核心结构包括水文模型和侵蚀产沙模型水文模型包括植被截留下渗产流和汇流过程采用霍顿超渗产流模式计算产流采用运动波方程实现汇流根据黄土高原土壤侵蚀的垂直分带性侵蚀产沙模型考虑了梁峁坡侵蚀沟坡侵蚀沟槽侵蚀以及沟道输沙的过程运用能量平衡原理分别建立其侵蚀产沙的计算公式并以泥沙输移比为来处理泥沙的输移过程地理信息提取和分布式功能的实现自动提取产水产沙模型的各

3、类数据小流域分布式产水产沙模拟要求在每一个计算单元上都对应一套输入参数集在分布式产水产沙模拟的数据准备阶段借助于先进的空间分析功能对点线面和栅格等数据按流域空间离散方式进行参数化自动提取模型运算的相关参数对这些空间信息进行流域空间离散是实现模型分布式功能的不可分割的一部分不同的数据处理过程如下流域栅格化为反映流域内地形地貌土壤植被和人类活动造成的下垫面变化等空间分布的差异性将流域细划为连续的小单元处理过程为用购买的纸质地形图应用软件自动提取等高线生成计算机中的高程数据然后将矢量等高线数据转换成不规则三角网格式的数据最终插值成分辨率为的栅格数据降雨数据收稿日期基金项目水利部黄河泥沙重点实

4、验室开放课题基金项目水利部公益性行业科研专项十一五国家科技支撑计划作者简介王玲玲河南博爱人硕士从事水土流失预测与防治研究工作降雨空间离散由于流域内的雨量站是散点布设于流域面上在进行分布式模拟计算时必须对降雨观测值进行空间离散本次研究中采用反距离权重插值方法对流域的实测降雨进行插值时间步长为反距离权重方法的通用方程是?式中是控制点的值是控制点与点间的距离表示由离散点至点的距离为要求的待插点的值参数为距离的方次取值在至之间本研究取为降雨空间分布输出在栅格化的流域地图上建立流域降雨空间分布插值边界和雨量站点矢量图包含每个站点的空间地理坐标和实测降雨量选取一场实测降雨过程运用软件对插值后的降雨

5、空间分布进行绘制不同的降雨强度配以不同的颜色显示可得到直观的暴雨分布图图地貌单元的提取黄土丘陵沟壑区的坡面侵蚀具有明显垂直分带性整个坡面可分为梁峁坡沟坡和沟槽三种类型侵蚀产沙单元梁峁坡的平均坡度范围是沟坡的平均坡度范围是流域河槽支槽统一划分到沟槽可根据数据分别提取以上三种侵蚀单元各自在一个独立的图层然后采用模块中的功能合成得到流域土壤侵蚀单元分布图图流域降雨空间分布图单位图流域侵蚀产沙单元图下垫面因子提取应用图像和地形图作为信息源利用图像处理软件采用监督分类的方法提取流域土地利用信息监督分类过程中分类模板定义的环境与精度将直接影响着遥感影像的分类精度研究中在虚拟地理信息系统的三维视窗中

6、连接二维全景视窗然后以三维窗口为参考参照地形地貌野外调绘点的注记等对虚拟现实具有增强能力的信息进行训练区的感兴趣区采集从而定义其分类模板水沙运移路径提取利用数据应用中的空间分析工具的水文分析功能生成流域数字化水系具体过程为输入流域的栅格地形表面数据对数据进行填洼处理采用流向判别法用函数确定汇流方向创建流向后应用函数为每个像元计算累计汇流量应用函数制定每段水系的级别用函数分配水系独立的号最终生成整个流域水系图实现水文模型和产沙模型紧密耦合水文模型和产沙模型的紧密耦合体现在模型计算的流程上图输入模型运算的起始条件后进行产流和汇流计算计算出任一单元格的流速流量和水深等中间参数作为产沙计算的初

7、始条件首先判断单元格所在的侵蚀地貌然后分别运用不同的侵蚀计算公式计算单元格的产沙量经过叠代循环计算最终计算出整个流域的产流产沙量模型运行的初始参数及经模型运算后的中间参数存储在模型参数数据类中供模型模拟时进行读取与调用从而实现模型运算的自动化与智能化实现模型与紧密耦合产水产沙数学模型与的耦合主要是模型与功能与数据的相互调用并根据模拟结果对模型调用的数据子系统进行数据修改产水产沙模型与耦合过程中基于平台利用进行二次开发由于模型完全基于产品进行扩展