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基于DEM栅格和地形的分布式水文模型构建及其应用

作　者: 张珂
导　师: 李致家
学　校: 河海大学
专　业: 水文学及水资源
关键词: 分布式水文模型 单元汇流带 GTOPMODEL模型 数字高程模型 黄河流域
分类号: TV12
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 916次
引　用: 19次
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内容摘要


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：“土壤饱和水力传导率随着深度的增加成指数递减”和“地下水面平行于地表面”，推导出了单元栅格的产流基本方程，建立了产流模型。同时还提出了两种汇流模型：基于栅格的Muskingum逐栅格演算法和基于子流域的等流时线汇合法。结合产流模型和汇流模型，构建了GTOPMODEL模型，根据汇流方法不同将模型分为A、B两种。将第二种汇流模型应用于TOPMODEL模型和新安江模型进行改进。最后将四个模型同时应用于黄河支流——洛河卢氏站以上流域，采用了数学优化方法对模型参数进行了率定、优化。 应用结果表明四个模型都能很好的应用于该流域进行洪水模拟，比较表明两个GTOPMODEL模型能够取得更好的模拟效果，证明了GTOPMODEL模型的合理性。

全文目录


第一章 绪论  8-13
  1．1 问题的提出  8-9
  1．2 国内外研究动态  9-11
    1．2．1 流域信息的提取和应用  9-10
    1．2．2 分布式水文模型的研究  10-11
  1．3 本文研究内容  11-13
第二章 基于数字高程模型的流域信息提取  13-21
  2．1 DEM的预处理  13-14
    2．1．1 洼地标定及抬升算法  13-14
    2．1．2 平地起伏算法  14
  2．2 流向判定  14-15
  2．3 水系提取及子流域划分  15-17
    2．3．1 集水面积的确定和河流栅格点的生成  15
    2．3．2 水系生成  15-16
    2．3．3 子流域的提取  16-17
  2．4 流域信息提取  17-21
    2．4．1 子流域长度  17
    2．4．2 子流域坡度  17-18
    2．4．3 子流域面积、河道长度  18
    2．4．4 等流时线分布  18-21
第三章 GTOPMODEL模型原理及TOPMODEL、新安江模型改进  21-40
  3．1 单元汇流带的定义  21-22
  3．2 GTOPMODEL基本假设与方程  22-24
  3．3 GTOPMODEL蒸散发模型  24-26
    3．3．1 植被及根系截留计算  25-26
    3．3．2 蒸散发计算  26
  3．4 GTOPMODEL产流模型  26-27
    3．4．1 土壤非饱和层重力排水  26-27
    3．4．2 土壤饱和层出流  27
    3．4．3 饱和坡面流  27
  3．5 GTOPMODEL汇流模型  27-31
    3．5．1 基于栅格的Muskingum逐栅格演算法  27-29
    3．5．2 基于子流域的等流时线汇合法  29-31
  3．6 GTOPMODEL地形指数计算方法  31-32
  3．7 GTOPMODEL模型计算流程与参数  32-34
  3．8 雨量空间插值  34-37
    3．8．1 最近邻法  34-35
    3．8．2 算术平均值  35
    3．8．3 距离反比法  35-37
  3．9 TOPMODEL模型及新安江模型的改进  37-40
第四章 模型应用比较与结果分析  40-68
  4．1 流域概况  40-42
    4．1．1 流域地理地形概况  40-41
    4．1．2 流域气象、水文特征概况  41-42
  4．2 流域资料处理  42-46
    4．2．1 DEM资料  43-44
    4．2．2 土地覆盖与土壤组成成分资料  44-45
    4．2．3 降雨、蒸发、流量资料  45-46
  4．3 暴雨特性分析  46-51
  4．4 模型参数优化方法  51-57
    4．4．1 参数率定目标函数  51-52
    4．4．2 模型模拟效率评判准则  52-53
    4．4．3 参数率定方法  53-57
  4．5 GTOPMODEL模型的应用  57-60
    4．5．1 GTOPMODEL模型参数率定、优化  57-58
    4．5．2 GTOPMODEL模型应用结果  58-60
  4．6 改进的新安江模型和TOPMODEL模型的应用  60-64
    4．6．1 流域分块及地形信息提取  60
    4．6．2 两个模型的参数率定、优化及应用结果  60-64
  4．7 模型应用结果比较与分析  64-68
    4．7．1 模型应用结果比较  64-65
    4．7．2 模型应用结果分析  65-68
第五章 结论与展望  68-71
  5．1 结论  68-69
  5．2 展望  69-71
参考文献  71-75
附录A  75-77
附录B  77-79
附录C  79-82
附录D  82-85
致谢  85

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中图分类: > 工业技术 > 水利工程 > 水利工程基础科学 > 工程水文学
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