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50000字论文范文地理信息系统硕士论文:基于地理信息系统技术的流域水系信息提取及年径流预测模型研究

论文类型:论文范文
论文字数:50000字
论点:流域,地形,径流
论文概述:

地理信息系统是介于多个科学领域的学科,在水资源的诸多领域发挥着重要作用。该技术在水文方面的综合应用,使得研究工作向系统化方向发展,尤其是在数字化流域

论文正文:

第一章许仑

1.1研究的背景和意义
随着科学技术的快速发展和创新,社会生产越来越依赖科学和资源,尤其是工农业的进步,更需要可持续发展。面对日益严重的污染和脆弱的生态平衡的现状,保护和发展资源和环境应该是所有国家的当务之急。其中,水是人类生活和社会发展的必要资源,但与此同时,淡水资源的无节制开发和水污染的难以解决都导致了水资源的短缺。这是一个普遍公认的事实,尤其是水资源,尽管可以再生,但也在很大程度上受到气候的影响,并且因地区而异。我国还存在供水不足的问题,包括人口多、地区分布不均、年间差异大的现实,以及规划不合理、浪费严重、水污染严重等因素。国家和社会应重点全面透彻地了解水资源的现状及其规划和有限的开发利用(顾浩,2010年)。在自然资源的管理和规划中,流域经常被用作水文单位。因此,流域分析的一个重要应用是流域管理。流域管理旨在通过协调土地利用、土壤和水之间的关系以及连接上游和下游地区来组织和规划人类活动(Brooks等人,2003年)。
执行流域管理计划需要进行能力分析,这不仅可以提供流域边界,还可以在流域管理计划中提供极其有用的水文参数。流域分析的另一个主要应用是作为水文建模的必要输入数据(Chenet al 2005)。例如,美国陆军工程兵团水文工程中心有一个水文建模系统(HMS)软件包,通过设置不同的场景来模拟降雨的地表径流过程。该模型所需的数据集是流域模型,包括子流域、河段和汇流点等水文要素的参数和连通性数据。这些水文因素可以通过流域分析得到。盆地分析生成的地形要素也可用作洪水预报和融雪径流模型的输入数据。洪水预报模型所需的变量包括有效集水区、河流坡度、河流长度和流域高程。融雪径流模型所需的变量包括流域积雪面积和流域地形因素。本文研究的区域是泾河流域。泾河发源于宁夏回族自治区靖远县六盘山东麓的老龙潭,在陕西省高陵县陈家滩与渭河汇合。流域位于东经106° 14′-108° 42′至北纬34° 46′-37° 19′之间,是渭河的第一支流和黄河的第二支流。它位于黄土高原中部,大部分地区属于陇东。泾河全长455.1公里,流域面积45421平方公里,覆盖陕西、甘肃和宁夏三省。盆地以子午岭水系、六盘山脉、秦岭山脉、贺兰山和鄂尔多斯高原为天然分水岭。盆地的地形复杂。地貌特征包括黄土丘陵、黄土高原和残塬、山地林区和河流。它具有独特的地理特征,是黄土高原深厚黄土层的相当特征。地势西北高东南低,形成东北西三向、东南倾斜的趋势。河流也向这个方向汇聚,导致大小复杂的水系。
由于各种支流的深刻影响,整个盆地都是沟壑,地形支离破碎,水土流失问题众所周知。随着计算机技术、信息科学、测绘遥感等学科的飞速发展,地理信息系统作为一种能够存储、获取、显示和分析空数据的计算机系统,越来越受到人们的重视,并在许多领域得到了应用。数字高程模型(DEM)于20世纪50年代提出,此后在科学技术领域受到广泛关注。在地形描述和分析中,传统的地形图已经逐渐被各种方法所取代,精度高,易于自动化,适合定量分析。数字高程模型包含多种地形结构和特征信息,是一种重要的基础数据,广泛应用于许多领域,尤其是地形要素和流域水系的提取和分析。随着地理信息系统技术的发展和数字高程模型的引入,通过其在空之间强大的数据处理和分析能力,可以大大提高计算精度,减少计算量。区域降水数据是评价生态环境和水文模拟的重要参数之一。分析降水量空的分布特征,对评价区域生态、水资源、土壤侵蚀、植被分布和研究生态演化规律具有重要价值。降水数据通常通过各气象站的独立观测数据获得,但由于经济、地形、技术等因素的限制,水文站的分布和数量有限,且空之间的分布不一定合理,因此很难获得一些地形复杂的偏远地区的数据。
因此,当有必要研究整个区域的降水分布时,有必要利用已知站的降水数据对未知或不可用的数据区域进行空插值预测。空之间有许多插值方法用于降水分析和预测,它们的优缺点和适用性大不相同。对于不同的地区和情况,并没有所有适用的降水插值模型。因此,根据研究区降水数据和地形特征选择最佳插值方法具有重要意义(吴昌光等,2010;徐天·西安等人,2010年)。河流径流是水资源综合开发利用、科学管理和优化调度的最重要基础。其预测精度对项目规模、建筑规模和运营方案的确定起着至关重要的作用。中长期径流预报系统的难点在于水文系统以降水为输入,以径流为输出,包括蒸发、汇流等复杂过程,还受到地形、地貌、流域下垫面和人类活动等因素的影响,系统具有随机性、模糊性和灰色性等多种不确定性(韩勇、万水灵,2010)。泾河是我国西北地区缺水的重要河流,通过探讨泾河的地理特征和降水径流变化规律,对流域综合治理、水资源优化管理、防洪减灾具有重要意义。

1.2国内外研究现状
流域是由流域环绕的河流或湖泊的集水区,包括主要河流和支流流经的所有区域。在这个地区,地形和水系是其基本特征。近年来,随着计算机科学和地理信息系统的出现和发展,数字高程模型作为地理信息系统的重要空信息数据,在地学分析中发挥了重要作用。降水量是衡量一个地区降水量的数据。降雨和冰雪融水在重力作用下沿地表或地下流动形成径流,二者都是流域重要的水文要素。在实际工作中,研究人员通常将地质统计学方法与地理信息系统相结合,通过从点到面插值气象数据空来获得所需信息。径流的形成和变化过程与天气系统、下垫面、人类活动和气候变化等因素密切相关。这些因素基本上具有不确定性和时变性,导致复杂多变的径流变化,但气候变化仍然是最大的影响因素。从目前的科技水平来看,很难准确分析和预测径流变化。自20世纪50年代以来,国内外已有许多水文模型应用于流域降水和径流的模拟和预测,但总体上还没有成熟的方法。在径流分析预测和提高预测精度方面,仍在积极探索和发展。
1.2.1地貌特征信息的提取与分析
数字高程模型数据是真实世界三维地形的抽象模型。因此,数字高程模型分析不仅可以揭示地形的真实特征,还可以为相关地学过程模拟提供基础信息。此外,地形分析产生的各种方法也可以应用于其他领域,如降雨分析、土壤污染分析、温度分析等。(周成虎和裴涛,2011)。

1.3研究内容和方法................................17-18
1.3.1研究内容................................17
1.3.2技术路线................................17-18
第二章泾河流域概况及数据介绍................................18-22
2.1泾河流域概况................................18-19
2.1.1自然环境概述18 [/BR/] 2.1.2流域水系................................18-19 [/BR/] 2.1.3水文特征................................19
2.2数据介绍................................19-22
2.2.1数字高程模型数据................................19-20
2.2.2水文气象数据................................20-21
2.2.3应用软件................................21-22
第三章流域地形信息的提取与分析................................22-33
3.1地形可视化表达................................22-24
3.2微地形因子................................24-29
3.3宏观地形因子................................29-32[/比尔/] 3.3.1地形起伏................................29-31
3.3.2表面粗糙度................................31
3.3.3表面切削深度................................31-32
3.4本章概述................................32-33
第四章流域水系信息提取研究................................33-41
4.1水系统信息的提取................................33-37
4.2流域分析................................37-40
4.2.1河网分类................................37-38
4.2.2小流域面积产生................................38
4.2.3次盆地划分和区域提取................................38-39[/比尔/] 4.2.4影响盆地分析的因素................................39-40
4.3本章概述................................40-41
第五章降水量空插值方法研究................................41-47 [/BR/] 5.1空插值法:之间的插值结果................................41-44
5.2降水空和分析................................44-46
5.2.1结果比较................................44-45 [/BR/] 5.2.2误差分析................................45-46
5.3本章概述................................46-47
第六章年径流预测模型研究................................47-59
6.1获得型号输入数据................................47-48
6.2遗传神经网络模型预测................................48-54
6.3灰色系统模型预测................................54-58 [/BR/] 6.3.1建模原则和过程................................54-55
6.3.2预测结果和测试................................55-58
6.4本章概述................................58-59

结论

地理信息系统是一门介于许多科学领域之间的学科,在许多水资源领域发挥着重要作用。该技术在水文学中的综合应用使研究工作向系统化方向发展,特别是在数字流域、分布式水文模型、防洪减灾、水资源管理与调度、检测与评价等方面。从水资源的角度来看,地理信息系统能够充分利用地理信息,将地理要素与水文分析相结合,是未来水文研究和发展的必然趋势。利用该技术提取和分析泾河流域的地形和水系,通过各种插值方法空,系统研究流域降水分布规律,并利用遗传神经网络和灰色系统建立年径流序列预测模型。本文得出以下主要结论,并对存在的不足提出展望。
结论在总结各种研究成果的基础上,基于ArcGIS软件平台和SRTM数字高程模型数据,提取并分析了泾河流域的地形特征和河网。同时,根据流域水文站多年平均降水量数据,采用4种方法进行空插值研究,并采用遗传算法优化的神经网络和灰色系统模型预测径流变化。
从流域角度出发,在ArcGIS平台上提取泾河流域的微观和宏观地形特征,并可视化表达。分析表明,盆地大部分地区为1800米以下的中低海拔地区,西北地势较高,东南河谷地势最低。海拔从西北向东南逐渐降低,大多集中在800米至1800米之间,这与盆地的实际地形相一致。盆地大部分地区的坡度小于25°,陡坡和陡坡较少。大部分地形相对平坦,但有许多山谷,一些表面崎岖不平。

参考

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