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基于DEM和实测数据的小流域土壤水分模拟

作　者: 王洪明
导　师: 杨勤科
学　校: 西北大学
专　业: 地图学与地理信息系统
关键词: ArcObjects 地形湿度指数流向算法土壤水分模拟
分类号: S152.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

黄土高原是我国水土流失最为严重的地区之一。为了改善该地区的生态环境,我国在黄土高原开展了大面积的退耕还林和植树种草工作。而生态建设中植被类型和结构的确定主要取决于土壤水分。因此,一个地区土壤含水量及其分布状况成为区域生态环境建设评价的主要因素之一。本文以陕西省安塞县县南沟流域连续逐月采集的土壤水分数据为数据基础,借助数字地形分析方法,同时采用单流向算法和多流向算法计算得到县南沟流域的地形湿度指数,将地形湿度指数和实测土壤水分数据进行集成,据此分析土壤水分与地形湿度指数的相关性。通过对比它们与土壤水分的相关关系来分析单流向算法和多流向算法计算得到的地形湿度指数质量的优劣,提出利用地形湿度指数模拟土壤水分的最佳流向算法。为了实现对整个县南沟流域的土壤水分模拟,本文还考虑了影响土壤水分的其他环境变量如坡向和土地利用类型,研究了利用地形湿度指数、坡向、土地利用类型模拟土壤水分的方法,同时利用实测的土壤水分数据构建土壤水分模拟模型,并对模型的精度进行了评价。然后考虑到利用计算地形湿度指数算法程序和ArcGIS等相关软件相结合的方法模拟土壤水分,操作过程相对复杂,且容易出错。因此,本文基于模拟土壤水分的基本算法,结合软件开发的方法,开发出了小流域土壤水分模拟模型。该模型操作简单,自动化与人工干预相结合,实现了土壤水分栅格图像的生成与输出。最后本文利用开发出的土壤水分模拟模型完成了2008年5月-10月县南沟流域土壤水分的模拟,初步分析了县南沟流域土壤水分空间分布特征及其动态变化规律,并对土壤水分的现状进行了评价。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章绪论  8-17
  1.1 问题的提出  8-10
    1.1.1 黄土高原土壤水分研究的重要性  8
    1.1.2 地形湿度指数在土壤水分模拟中的作用  8-9
    1.1.3 设计与开发小流域土壤水分模拟模型的重要性  9-10
  1.2 本文研究的目的和意义  10-11
    1.2.1 本文研究的目的  10
    1.2.2 本文研究的意义  10
    1.2.3 本文研究的项目来源  10-11
  1.3 相关研究现状和研究成果综述  11-15
    1.3.1 土壤水分测量技术的研究进展  11
    1.3.2 地形湿度指数的研究进展  11-14
    1.3.3 小流域土壤水分模拟方法的研究进展  14-15
    1.3.4 存在的主要问题  15
  1.4 研究的主要内容及论文组织  15-17
    1.4.1 研究的主要内容  15-16
    1.4.2 论文的组织结构  16-17
第二章研究基础与方法  17-24
  2.1 研究区域及数据  17-21
    2.1.1 研究区域概况  17-18
    2.1.2 数据基础  18-21
  2.2 研究方法与技术路线  21-24
    2.2.1 主要研究方法  21-22
    2.2.2 技术路线  22-24
第三章土壤水分与地形湿度指数的相关性分析  24-33
  3.1 典型土壤水分样点数据的选取  24-25
  3.2 地形湿度指数的提取  25-26
  3.3 相关分析方法  26-27
  3.4 结果与分析  27-31
    3.4.1 地形湿度指数及其分布  27-29
    3.4.2 土壤水分与地形湿度指数的关系  29-31
    3.4.3 地形湿度指数算法的相关性比较  31
  3.5 结论  31-33
第四章土壤水分模拟模型的构建方法  33-42
  4.1 土壤水分影响因素的定量分析  33-38
    4.1.1 坡向对土壤水分的影响  33-34
    4.1.2 土地利用类型对土壤水分的影响  34-35
    4.1.3 地形湿度指数、坡向、土地利用类型对土壤水分的综合影响  35-38
  4.2 土壤水分模拟模型的构建与评价  38-42
    4.2.1 土壤水分模拟模型的构建  38-39
    4.2.2 土壤水分模拟模型的评价  39-42
第五章土壤水分模拟模型的设计与开发  42-59
  5.1 模型开发的技术基础  42-44
    5.1.1 ArcObjects开发技术  42-43
    5.1.2 模型开发方法的选择  43-44
    5.1.3 模型开发的软硬件环境  44
  5.2 土壤水分模拟模型的设计  44-47
    5.2.1 基本结构  44-45
    5.2.2 基本功能  45-47
    6.2.3 界面设计  47
  5.3 土壤水分模拟模型功能的实现  47-59
    5.3.1 打开系统界面  47-49
    5.3.2 数据输入功能的实现  49-50
    5.3.3 参数设置功能的实现  50-51
    5.3.4 土壤水分模拟功能的实现  51-54
    5.3.5 图形输出功能的实现  54-59
第六章县南沟土壤水分空间分布及其动态变化研究  59-80
  6.1 县南沟流域土壤水分制图  59-63
    6.1.1 县南沟流域土壤含水量制图  59-62
    6.1.2 县南沟流域土壤水分分级制图  62-63
  6.2 县南沟流域土壤水分时空分布特征  63-76
    6.2.1 县南沟流域土壤含水量分布特征  63-65
    6.2.2 县南沟流域土壤水分分级分布特征  65-71
    6.2.3 县南沟流域各种土地利用类型土壤水分分布特征  71-73
    6.2.4 县南沟流域各种坡同土壤水分分布特征  73-75
    6.2.5 县南沟流域各种坡度土壤水分分布特征  75-76
  6.3 县南沟流域土壤水分综合评价  76-80
第七章结论与展望  80-82
  7.1 主要结论  80-81
  7.2 问题与展望  81-82
参考文献  82-86
致谢  86-87
附录一 2008年5月-10月县南沟流域土壤含水量分布图和土壤水分分级分布图  87-97
附录二部分核心代码  97-107

基于DEM和实测数据的小流域土壤水分模拟

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