分布式流域水文模型的DEM数据处理.pdf

分布式流域水文模型的DEM数据处理 分布式流域水文模型是水文预报中的一个重要组成部分，它将流域划分为若干网格，每个网格均有自己的模型参数和降水输入，逐个网格计算产流量，再逐个网格进行汇流计算得到流域出口断面的径流过程。水在重力作用下从高处流向低处，流域内的地形起伏是一个重要原因，分布式流域水文模型必须使用地形数据，通过比较相邻网格间的坡度确定各网格的流向，再根据各网格的集水面积从网格中提取河流。 目前，研究分布式流域水文模型多采用数字高程模型（DEM）形式的地形数据，DEM通常用规则的网格将区域空间切分为规则的格网单元，每个网格单元对应一个高程数值，由网格单元构成高程矩阵。DEM的高程数值由实测地形图 空间插值计算得到，采 用克里金（Kriging）或距离倒数等方法计算出网格中心点的高程，用这个值代表网格的高程。 然而，DEM数据处理中存在很多问题，由于测绘数据的精度、DEM网格的大小等原因生成的河流可能与真实的河流不重合，流域内的径流可能汇集不到出口断面。刘九夫等曾做过研究，从基于1／50000比例尺地图生成的网格为25mx25m的DEM数据提取的河流能够与真实的河流基本一致。但是，大部分流域很难找到及时更新的这样高精度和分辨率的地形数据，实际水文预报中网格划分的这样小，计算繁琐耗时也不便于实际应用。 因此，实际预报中网格的尺度应远远大于25m，这样必 须对 DEM 数据进行处理才能保证径流路径的正确。目前的GIS软件中常用的处理方式是将河流经过的网格高程普遍降低若干米，这样能够使径流汇入河道，但还不够理想。由于将河道经过的网格普遍降低高度，还会出现河道下游网格的高程大于上游网格高程的情况；大部分河道经过的网格高程还是小于两旁非河道网格的高程的，因此这 种方法还会加大很多河道网格与非河道网格间的坡度。 理想的DEM数据处理方法应满足以下原则：修改后的河流与真实的河流重合，流域内的径流能够汇入河道到达流域出口断面；DEM数据中的网格高程来自实测地图，最能代表网格的高程，只是由于对网格高程的插值滤掉了一些地形细节，因此高程修改的网格数目应达到最小。基于这个原则，提出了DEM数据修改方法，平滑掉河流经过的凸起网格，并且填充流域内的洼地，修改最少的网格高程，使由DEM数据生成的河流能够与真实的河流重合，达到模拟真实的径流流动路线的目的。 本文提出了一种基于DEM数据处理的方法，通过对DEM数据的处理，能够生成更加真实的河流，并且能够模拟真实的径流流动路线，提高水文预报的准确性和实时性。