基于DEM的山丘区小流域特征研究及应用

发布时间：2020-08-09 08:00

【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'。
【学位授予单位】：中国水利水电科学研究院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TV87;X43;P208
【图文】：

空间分布,山丘区,空间分布,流域

所选河流多分布于山丘区。所选河流的河长最长为１２２５．１ｋｍ，最短为３２．６ｋｍ，覆盖我逡逑国河网相对密集的区域，其中河网发育良好的东南部地区选取水系较多，占比７５％，研逡逑究区河流空间分布如图２－３所示，河流概况如表２－３所示。逡逑１０逡逑

水文模型

区；小流域改进参数分析、单位线特征值经验公式拟合时，研究区采用４个典型流域，逡逑典型流域包括伏牛山区伊河流域、长白山山区辰清河流域、川西山区岷江流域、唐古拉逡逑山山区贡曲流域，其空间位置见图２－３。逡逑１２逡逑

空间分布,数据处理,工具,山洪

逦１邋ｔ逡逑图２－２水文模型集群逡逑２．邋２．邋４研究区域逡逑本研究中，小流域特征参数分布分析的研究区域采用山丘区小流域信息提取成果，逡逑涉及近４８万个小流域、１２９个山洪预报预警一级分区；河流地貌水文特征分析的研究区逡逑域采用山丘区河流信息提取成果，涉及３０３０条中小河流、１１０个山洪预报预警一级分逡逑区；小流域改进参数分析、单位线特征值经验公式拟合时，研究区采用４个典型流域，逡逑典型流域包括伏牛山区伊河流域、长白山山区辰清河流域、川西山区岷江流域、唐古拉逡逑山山区贡曲流域，其空间位置见图２－３。逡逑１２逡逑

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