基于DEM的南水北调中线水源区降水量空间插值方法研究-毕业论文

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1、基于DEM的南水北调中线水源区降水量空间插值方法研究摘要：本研究的目的是比较不同空间插值方法的插值效果，为分析南水北调中线水源区降水空间分布特征奠定基础。采用南水北调中线水源区29个水文及雨量站点20a（1991－2010年）的降水量观测资料以及高程数据，运用GIS技术，进行空间插值运算，建立20年年平均降水量与站点坐标、高程之间的回归方程。选取普通克里格法、反距离加权法、协同克里格法等空间插值方法，对南水北调中线水源区29个站点的多年平均降水量进行空间插值计算，采用5个站点的降水量数据对插值结果进行验证，并进行对比误差分析，根据插值结果，进一步分析南水北调中线水源区降水空间分布

2、特征。结果表明，考虑了地形因素的协同克里格方法插值效果最好，且较为真实地反映了南水北调中线水源区降水空间分布特征，普通格里格方法次之，反距离加权法最差。插值结果表明，南水北调中线水源区降水呈现明显的纬度地带性分布特征，且降水受地形、地貌的因素影响较大。得出的结论是运用空间插值技术，应综合考虑地形因素，这样可以提高研究区域降水量空间插值结果的精度，并可为分析该区域降水量时空结构特征提供更为精细的数据，为南水北调中线工程的调配和运行提供技术支持。关键词：南水北调中线水源区；降水量；空间插值0引言降水数据是研究区域水文、水资源的基础资料[1]，是农林、生态、地理、全球变化等学科研究的重

3、要数据来源，也是水文分析模型的重要输入因子[2-5]。准确地获取降雨量的空间和时间分布，是进行水资源管理，特别洪水预报、水质管理、径流模拟的重要环节。然而，由于经济和人力、自然环境等原因，降水量观测点的数量极其有限，且分布极为不均，采用有限的站点观测数据来研究区域降水的空间整体分布具有重要意义。利用GIS技术，对地面离散的降水观测点进行空间插值，来得到其他未知区域的降水空间分布结果，已经成为国内外研究的重点和热点[6]第13页共13页。利用有限的观测点来估算未知点的降雨量，常见方法有协同克里格算法(CoKriging)、反距离加权算法（InverseDistanceWeighte

4、d，IDW）、张力样条函数（TheTensionSplineFunction）等[7]。由于研究区域和时间尺度的差异，不同插值方法的适应性不同，插值结果和精度也存在较大差异。研究区域越大，地形结构越复杂，涉及的气象类型也就越多，在研究其降水空间插值时，还应该充分考虑插值过程中对降水有重要影响的因子（如地形、风速等）[8]。庄立伟等利用东北日降水数据进行空间插值方法比较，认为IDW插值方法优于克里金插值法[9]。周锁铨等在对长江流域降水数据进行插值研究中，运用了逐步插值法（StepwiseInterpolationAssociation，SIA），并结合GIS技术和多元逐步回归方法

5、，提高了降水空间插值结果的精度[10]。刘志勇等基于DEM的榆林市降水量空间插值方法分析，运用GIS空间插值技术，并综合考虑地形因素，可以提高研究区降水空间插值结果的精度，并为分析区域降水量时空结构特征提供更为精细的数据[11]。本研究区选在南水北调中线工程的水源地。南水北调中线工程主要向输水沿线的河南、河北、北京、天津等四省市20余座城市提供生活和工业用水。南水北调工程是缓解我国北方水资源严重短缺局面的重大战略性工程，对华北地区的人民的生产和生活有着重大影响。而水源地的水质、水量，决定了供水的水质和水量。因此，研究分析南水北调中线水源区降水量的空间分布，有利于进一步掌握供水能力

6、，为政府制定决策提供技术和数据方面的参考。1　研究区域概况及数据来源1.1区域概况南水北调中线水源区地域地跨湖北、河南、陕西三省，位于东经105°-113°，北纬30°-36°，地势由西到东逐渐降低，海拔高度在72.2m至2212.5m之间。地貌有南阳盆地、秦岭山脉、伏牛山系、江汉平原等主要类型，平均海拔为696第13页共13页m。该地区地跨暖温带季风气候和北亚热带两大自然单元，具有明显的过渡特征：冬季寒冷少雨雪，春短干旱多风沙，夏季炎热，秋季晴朗，历年平均降水量为804mm。1.2降水量资料及地形数据收集整理南水北调中线水源区29个降雨量观测点20年（1990—2010年）的年

7、平均降水量以及高程数值，通过对各个站点年降水量资料原始数据的统计处理，并对其准确性进行验证,数据的高程值作为参考因素。如表1所示：表1降水站点基本资料站名所在省份经度纬度海拔（m）西峡河南111.466733.2833224南阳河南112.516732.4333127安康陕西109.016732.7000249镇坪陕西109.516731.88331536三门峡河南111.200034.7667424卢氏河南111.033334.0500869栾川河南111.600033.783