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三峡库区产流模拟研究

作　者: 俞雷
导　师: 刘洪斌
学　校: 西南大学
专　业: 土壤学
关键词: 数字高程模型数字流域分布式水文模型降雨径流模拟地理信息系统
分类号: P333.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

1993年长江三峡水利枢纽工程建设的正式启动，三峡工程对三峡库区的社会经济发展及自然生态环境状况等的影响，都倍受世人关注。其中，土壤侵蚀及面源污染问题是威胁三峡库区的自然生态环境的两大因素。随着社会经济的快速发展，环境质量的恶化正在威胁着人类的生存与发展。以降雨径流模拟为内容的产流模拟研究是土壤侵蚀、非点源污染、地表水量平衡计算等众多研究领域的非常重要的技术手段。随着计算机技术和一些交叉学科的发展，流域水文模拟的研究方法产生了根本性的变化。其突出趋势主要反映在计算机技术、空间技术、遥感技术等的应用方面，分布式水文模型被广泛提出，遥感(RS)、地理信息系统(GIS)在水文模拟中的应用给传统的研究方法带来了创新，特别是数字高程模型(DEM)技术的完善为数字水文学的发展和数字水文模型的诞生提供了坚实的基础。数字高程模型(DEM)存储了丰富的地形信息，通过GIS可以提取流域的基本特征，包括下垫面特征、水系、河网等，并可以依据河网等级确定流域的边界，进行子流域的划分，为数字水文模拟提供了平台。本研究应用地理信息系统和WMS模型系统，以三峡库区为例，基于DEM构建出三峡库区数字流域并提取部分流域数字特征，再与建立的产流模拟模型有机结合进行了降雨径流数字模拟研究，主要的研究内容和结果包括以下几个方面： (1)建立流域专题数据库。本研究以Windows 2000 Professional为操作系统，采用ESRI公司的地理信息系统产品ArcGIS 9为工作平台，建立了重庆市专题数据库，包括数字高程模型、水系、土壤、土地利用等空间信息。研究区内土地利用类型主要以林地、水田及旱地为主。土壤类型主要以黄壤、水稻土、紫色土及石灰(岩)土为主。 (2)水系提取及修正方法探讨。本研究以重庆三峡库区东段(巫山—云阳)为对象，探讨了基于D8算法的流域水系自动提取方法。在此基础上，应用Maidment提出的“burn-in”算法，对流域河网水系进行修正。保证了在原有DEM不作较大修改的前提下，使得生成的河网与实际河网更加匹配，同时也保证了模拟结构的准确性，较大限度的避免人为因素在模拟过程中对结果产生影响，提高了模拟精度。 (3)分布式数字流域构建。在重庆市专题数据库及提取水系的基础上，应用美国环境系

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第1章文献综述  12-20
  1.1 数字地形分析技术  12-13
  1.2 数字流域  13-15
    1.2.1 数字流域的含义  14
    1.2.2 数字流域的体系结构  14
    1.2.3 数字流域的内容和建设  14-15
    1.2.4 数字流域的关键技术  15
    1.2.5 数字流域的应用  15
  1.3 流域水文模型研究现状  15-20
    1.3.1 国外研究现状  16
    1.3.2 国内研究现状  16-17
    1.3.4 3S技术与水文模型  17-20
第2章绪论  20-24
  2.1 研究目的和意义  20
    2.1.1 研究目的  20
    2.1.2 研究意义  20
  2.2 研究区概况  20-22
    2.2.1 重庆市概况  20-21
    2.2.2 三峡库区概况  21-22
  2.3 研究方案  22-24
    2.3.1 研究内容  22
    2.3.2 研究目标  22
    2.3.3 技术路线  22-24
第3章专题数据库的建立  24-31
  3.1 数据库建立的软硬件环境  24
    3.1.1 硬件环境  24
    3.1.2 软件环境  24
  3.2 基础资料的收集  24
  3.3 数据编码与数据字典  24-26
    3.3.1 数据编码  24-25
    3.3.2 数据字典  25-26
  3.4 基础数据的处理  26
  3.5 流域专题数据库  26-31
    3.5.1 数字高程模型的建立  26-28
    3.5.2 土地利用类型  28-29
    3.5.3 土坡类型  29-30
    3.5.4 遥感影像数据  30-31
第4章流域数字水系的提取  31-40
  4.1 DEM预处理  31-33
    4.1.1 对洼地的处理  32-33
    4.1.2 对平坦区域的处理  33
  4.2 栅格单元流向以及上游集水面积的确定  33-35
    4.2.1 D8原理及方法  33-35
    4.2.2 上游集水面积的确定  35
  4.3 流域河网水系的生成  35-39
    4.3.1 不同上游集水区面积阈值生成河网比较  36-37
    4.3.2 水系生成  37-39
  4.4 小结  39-40
第5章数字流域的建立及流域特征提取  40-47
  5.1 数字流域的建立  40-43
    5.1.1 数字流域的构建内容与方法  40-41
    5.1.2 分布式数字流域  41-43
  5.2 流域数字特征的提取  43-47
    5.2.1 一级支流流域的确定及其子流域划分  43-46
    5.2.2 具有水文学意义的地形参数提取  46-47
第6章流域产流模拟  47-60
  6.1 SCS模型的建立  47-50
    6.1.1 产流模型的确定  47-48
    6.1.2 汇流计算  48-50
  6.2 模型所需参数的确定  50-52
    6.2.1 产流参数CN值的确定  50-52
    6.2.2 汇流参数的确定  52
  6.3 降雨径流模拟  52-57
    6.3.1 WMS专业水文软件  52-53
    6.3.2 雨量输入与径流模拟结果输出  53-57
  6.4 结果与讨论  57-60
    6.4.1 结果分析  57-58
    6.4.2 讨论  58-60
第7章结论与建议  60-62
  7.1 结论  60-61
  7.3 建议  61-62
参考文献  62-65
致谢  65-66
发表论文及参加科研项目情况  66

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