数字高程模型不确定性在分布式水文模型TOPMODEL的影响

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1、数字高程模型不确定性在分布式水文模型TOPMODEL的影响摘要：在预测集水区降雨量的分布方而TOPMODEL模型算得上是半分布式水文模型。在这个模拟过程中，数字高程模型（DEM）需要提供的重要的参数值，女口：集水区地形指数集水和距离、累积面积；因此，数字高程模型在TOPMODEL研究屮发挥了主导作用的。但是通常来说，DEM有固有误差，简称为数字高程模型的不确定性。由于缺乏对DEM误差的认识，DEM数据常用的在水文学应用是要通过使用TOPMODEL模型，而不需定量DEM不确定性的作用。事实上，DEM的不确定性可能与TOPMODEL模型得到的结杲存在在强相关

2、。不幸的是，这个相关性在许多主要研究领域中都被忽略了。此次研究旨在检验DEM的不确定性对TOPMODEL模型模拟的结果影响。研究的区域为屮国东南部的邕江与该地区259平方公里的的海盆——交口分水岭。这篇论文主要从定性和定量两方而讨论了其影响。第一：DEM不确定性用蒙特卡罗方法进行了模拟。为实现各项指标的DEM,我们计算了在集水区地形和距离。第二：TOPMODEL模型进行了测试和模拟，其结果保存为4个统计指标：EFF（Nash和Sutcliffe效率标准）、SSE（平方和在所有吋间的残差）、SLE（平方和在所有时间的日志残差）和SAE（所有时间的绝对误差）

3、在七个风暴事件的条件屮。第三：根据以上四个指标比较了各指数案件洪水四年平均值，统计结果为:最小，最大，范围，标准弟和均值DEM,來评价基于TOPMODEL模型的DEM的不确定性。最后：使用每一场洪水对原始DEM模拟的水位线与模拟的水位线做了比较。EFF、SSE、SLE和SAE这四个指标中，误差最大分别为:0.0169,2.3X10-5,1.1375,和0.0033,这说明基于基于TOPMODEL模型的DEM的不确定性产生的误差是不值得考虑的，从而在模型应用方而可以忽略DEM的不确定性的影响。关键字：DEM的不确定性、TOPMODEL模型、蒙特卡罗模拟、交

4、口分水岭概述数字高程模型（DEM）是一种表面的数字表示的地球，通常有三种格式来表达：基丁•格网的DEM、不规则三角网（TIN）和基于等高线的DEM。格网DEM是现成的，简单易用，因此已经在各种问题水文分析和其他领域中得到了应用叫但是，DEM有很多固定误差（产生的背离真值的测量值），DEM误差常常是和DEM的不确定性相关的，并且误差不可避免。DEM不确定性在地形分析和其他应用中己被如蒙特卡罗方法和误差传播定律等分析和数值方法研究证明⑵⑸⑷⑸⑹.。TOPMODEL模型是一种半分布式水文模型，它是在一个点与集水区地形指数:ln（a/tan{B）作为一个相似的水

5、文指数的一种相似水文理论。TOPMODEL模型最初是由贝文和柯比在1979年提出的。从此之后，由于它的参数简约，结构简单,物理概念明确等多种的假设它得以被广泛应用叫由于TOPMODEL模型需要一个模型来捉供类似于地形指数，累积集水区，集水区出口的距离等参数，故DEM在TOPMODEL模型的应用中起了一个很重要的作用。尽管DEM德不确定性被广泛认知，但是DEM通常是在TOPMODEL模型下的DEM的不确定性用作无差错的现实模型。这次研究的目的就是要在TOPMODEL模型的基础上定性和定量的来评价DEM的不确定性。在定量方而，需要一些估计参数的统计值来和原来

6、的值比较。在定性方面，用被干扰的DEM在TOPMODEL模型卜'模拟的水位线与原始的水位线进行比较。1.研究范围和数据集此次研究的区域是位于中国浙江省宁波市金县的西部的交口分水岭，该流域而积为259平方公里，高程变化从59ni到976mo气候屈亚热带具冇强烈的季节性变化，每年的降雨量大约2000mm左右，降雨不是平均的分布在全年的，它有两个降雨高峰，第一个是从三月到四月上旬，另一个是从八月下旬到九月。每年的平均气温为16.3摄氏度，温度变化在11.1度到39.5度，该流域的森林覆盖率为70.2%,另外29.8%是河流、农场、道路和居民地。SRTM（航天飞

7、机雷达地形测绘代表团）DEMs是受聘•于这项研究的。SRTMDEMs现在止在发射三个空间分辨率和两个质量水平的DEMs：1角秒美国DEM（30ni左右）,3角秒世界DEM（90m左右）和30角秒SRTM-GT0P030的产品（1公里左右）。在这项研究中,3角秒DEM经过重釆样变为分辨率为100m的DEM（图1）。5张1:5万比例尺的交口分水岭的地形图用作参考资料来评估SRTMDEM的精度。图1交口分水岭SRTMDEM以间隔为1小时收集的7场暴风雨作为此次研究的数据。，每场暴风雨的信息曲表一给出了。这些暴风雨都是发生在夏天和秋天的。每小时的观测数据忽略其蒸

8、发量模拟暴风雨而被应用。表1七场暴风雨数拯Date23Aug197930Aug1