基于DEM的山丘区小流域特征研究及应用

论文摘要

山洪灾害是世界上危害最大的自然灾害之一,其形成、发展与危害程度是降雨、地形地貌等自然条件和人类经济活动等社会因素共同影响的结果。山丘区流域地形地貌分布为山洪灾害发生提供了孕灾环境,同时,山丘区下垫面条件复杂,流域产汇流非线性特点显著,山洪过程陡涨陡落,因此,统计分析山丘区流域的地貌特征及研究地貌特征对洪水汇流的影响具有较强的现实意义,也可为防洪抗旱、农业规划、水利工程建设开发等领域提供重要的数据支撑。本文结合全国山洪灾害防治项目成果里小流域数据集,开展了我国山丘区流域特征参数及汇流特性分析研究,论文的主要研究工作和成果包括:(1)以山丘区3030条河流(面积小于10000km2)为研究对象,分析了不同集水面积阈值下的河源密度,构建了小流域集水面积阈值与河源密度间的幂函数量化关系y=kxa,并确定了其近似为反函数关系,并分析了我国山丘区河网的空间分布规律;采用均值变点法确定了山丘区小流域坡面与河道汇流的最佳集水面积阈值(800个栅格,0.5km2)。(2)统计了山丘区48万个小流域基本特征参数的变差范围、均值、频数分布等特征值,并分析了各参数在山洪预报预警一级分区间的差异性及在分区内的一致性。各小流域面积、平均坡度、最长汇流路径长度、最长汇流路径比降、河道比降的平均值分别为17.40km2、14.26°、10km、0.0296和0.0208,在山洪预报预警一级分区内的离差系数分别为0.35～0.85、0.06～35.12、8.34～18.14、0.42～6.22、0.64～27.30和0.64～27.30。研究区小流域面积划分适中,且多为高山丘陵区,适宜进行山洪计算分析,平均坡度、最长汇流路径长度、最长汇流路径比降、河道比降在部分分区内部具有一定的差异性。(3)进一步计算并统计了山丘区3030条中小河流1、2级河流的河数比、河长比、面积比、比降比等河流地貌水文特征参数,并系统分析各参数的变差范围、均值及频数分布等特征值,以及各参数在山洪预报预警一级分区间的差异性及在分区内的一致性。研究区河流上述参数频数分布均为正态分布,统计结果符合自然水系随机分布规律,平均值分别为4.54、2.33、4.55和0.56,研究区河流河网较为密集,且河流多处于壮年期。在山洪预报预警一级分区内的离差系数分别为0～0.11、0～0.19、0～0.14和0～0.6,上述参数在各分区内部的一致性较好。(4)分析了小流域内部高程、汇流路径长度以及集水面积间的关系,探索了小流域内部的汇流分层分布规律,提出了不均匀系数、加权平均坡度等改进参数以反映小流域内部汇流路径分布的非均质性。以48万个小流域为研究区,80%的小流域不均匀系数大于1,大多数小流域汇流质心偏向于上游,77.8%的小流域加权平均坡度小于平均坡度,大多数小流域上游坡度针整体上大于下游。(5)分析了小流域分布式汇流单位线特征值与小流域特征参数间的相关关系,构建了小流域特征参数与单位线特征值的非线性经验拟合公式,基于最小二乘法确定了典型小流域单位线特征值的最优经验拟合公式型,洪峰流量为Qm=kFLmJS’,汇流时间为T=k(CLm)J,峰现时间为Tm=kLmL平均J’。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 李照会

导师: 郭良

关键词: 小流域特征参数,分布式汇流单位线,山丘区

来源: 中国水利水电科学研究院

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑,工程科技Ⅱ辑,信息科技

专业: 自然地理学和测绘学,安全科学与灾害防治,水利水电工程,计算机软件及计算机应用

单位: 中国水利水电科学研究院

基金: 国家重点研发计划(2018YFC0408000,2018YFC0408001),中国水科院基本科研业务费项目(ID0145B532016),国家自然科学基金青年科学基金项目(41807171)

分类号: TV87;X43;P208

总页数: 113

文件大小: 10358K

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标签：小流域特征参数论文;  分布式汇流单位线论文;  山丘区论文;