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基于SRTM DEM的大中流域地表水文模拟研究

作　者: 余杰
导　师: 左小清
学　校: 昆明理工大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: Arc Hydro Tools SRTM DEM 流域特征提取集水面积阈值地表水文模拟
分类号: P208
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

随着数字技术的飞速发展,“3S”技术、数字高程模型(DEM)、Internet技术等为流域管理研究提供海量的流域信息,而在地形图数字化、空间数据的管理、空间分析、数字地形模型构建等方面,GIS则为数字流域研究提供了功能强大的开发和应用平台,水文与3S技术的结合是我国水文模型研究的必然发展趋势。目前基于空间分析技术的水文模拟研究大多是在数字高程模型DEM的基础上进行,DEM是用于流域地形分析研究的主要数据,基于GIS和DEM的流域地表水文模拟可为分布式水文模型提供下垫面数据输入。本论文在ArcGIS平台上,利用Arc Hydro Tools,以红河流域和滇池流域为例,在SRTM DEM基础上,基于D8算法,以最陡坡度原则确定栅格单元的水流流向,以集水面积阈值确定河道起始点及河道,从子流域出口沿河道向上游搜索每一河道的上游给水区,得到了整个流域及各个子流域的边界,从而生成数字红河流域和数字滇池流域,完成了滇池流域和红河流域的地表模拟,最后对河网模拟结果和流域提取精度进行对比分析。本论文主要研究工作如下：(1)将地理信息系统应用于水文模型,介绍利用DEM提取流域特征的方法,分别构建红河和滇池的数字流域,结果显示流域河网与数字水系图的河网基本相符,提取的流域面积与水文部门的相关数据基本相符,可以作为分布式水文模型的参数,表明利用DEM提取流域水文信息在充分提高工作效率的同时可以保证信息提取的精度,论证了基于Arc Hydro Tools提取流域信息,不论从效率还是精度来看都是可行的,而且其图形化界面具有形象直观的优点。(2)将数字水系信息融入DEM,增加数字河网的提取精度,一定程度上解决了丘陵地区和平原地区提取的数字河网与实际河网差别较大的问题,提高了洼地和平原区数字河网提取精度；(3)对滇池流域和红河流域两个具有不同范围、不同形态的流域进行了提取实验,验证SRTM DEM数据在中大区域的地表水文模拟方面的优势；(4)利用Arc Hydro Tools工具中的point delineation提取流域内任意一点的子流域,为下一步综合流域地质、水文、气候、土壤、植被等信息建立流域水文模型打下良好的基础；(5)介绍一种新的有效的数据源CGIAR-CSI SRTM DEM数据,为部分地区数据获取困难的问题提供一种新的尝试。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-9
第一章绪论  9-14
  1.1 研究背景和意义  9-10
  1.2 国内外研究动态  10-12
    1.2.1 基于GIS的数字河网模拟及应用研究  10-11
    1.2.2 数字高程模型与数字河网模拟的研究  11-12
  1.3 研究内容  12
  1.4 论文组织结构  12-14
第二章研究区概况及SRTM DEM数据介绍  14-22
  2.1 流域概况  14-15
    2.1.1 滇池流域自然概况  14
    2.1.2 红河流域概况  14-15
  2.2 SRTM DEM数据介绍  15-22
    2.2.1 SRTM数据的简介  15-16
    2.2.2 SRTM的硬件  16-18
    2.2.3 关键技术  18-19
    2.2.4 SRTM数据产品与应用  19
    2.2.5 SRTM数据的优势和不足  19
    2.2.6 SRTM数据空值区域填补  19-20
    2.2.7 CGIAR-CSI SRTM DEM的生成  20-22
第三章基于DEM流域特征提取方法及原理  22-32
  3.1 河网水系结构模式  22-23
  3.2 基于DEM的流域特征提取方法及关键技术的处理  23-30
    3.2.1 基于DEM的流域信息提取方法  23-24
    3.2.2 水流方向判断  24-28
    3.2.3 洼地、伪洼地和平原区的识别和处理  28-29
    3.2.4 集水面积阈值  29-30
  3.3 基于DEM提取数字流域的常用软件介绍  30-32
第四章基于ARCHYDROTOOLS和SRTM DEM的数字流域特征提取  32-56
  4.1 流域数据收集和处理  32-33
    4.1.1 数据收集  32
    4.1.2 数据投影转换  32
    4.1.3 图幅拼接及DEM生成  32-33
  4.2 ARC HYDRO TOOLS介绍  33-35
    4.2.1 Arc Hydro概述  33
    4.2.2 Arc Hydro Tools简介  33
    4.2.3 Arc Hydro水文分析模块简介  33-35
  4.3 数字水系的提取过程  35-49
  4.4 结果分析  49-56
    4.4.1 集水面积阈值的确定  49-50
    4.4.2 Arc Hydro Tools自动提取的河网与实际河网的比较  50-53
    4.4.3 Arc Hydro Tools自动提取的流域与实际流域的比较  53-54
    4.4.4 影响Arc Hydro Tools提取精度的原因分析  54-56
第五章总结与展望  56-59
  5.1 总结  56-57
  5.2 展望  57-59
致谢  59-60
参考文献  60-64
附录A:攻读硕士学位期间发表的学术论文  64

基于SRTM DEM的大中流域地表水文模拟研究

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