基于DEM的河网结构分形研究与分析

发布时间：2017-04-21 09:18

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【摘要】：水文学是地理研究的一个重要的方面,它主要研究各种水体的存在、循环和分布。河网是水文学的重要部分,国内外学者对于河网水系结构的研究大多只停留在几何表面,没有顾及到河网自身的内部组织和河段之间的拓扑关系。众多学者研究表明,河网水系在整体上具有自相似性和标度不变性,也就是说,河网具有几何分形特性。河网水系的几何分形维数在1.0到2.0之间,几何分形维数的大小表明河网的发育程度不一样。本文通过在Arcgis软件分析对比了四川省19个城市的DEM地形粗糙度和平均坡度,发现地形粗糙度和平均坡度正相关。同时,基于地表径流漫流模型提取了各个城市的河网水系流域,通过利用Shreve分级方式编程实现提取各城市的河网主流和支流以及最大子流域。用具有层次结构的对偶图来模拟流域内的河网,在对偶图的基础上,通过成熟的复杂网络结构分形维数算法最大排除燃烧(MEMB)法计算城市河网的盒子尺寸和对应的盒子数目。通过用直线拟合盒子尺寸和对应的盒子数目,得出研究区域各城市河网水系的结构分形维数值在3.1到4.41之间。这验证了河网作为一个复杂网络,在具有几何分形特性的同时,也具有结构分形特性。结合几何分形,可以发现,结构分形维数与该地区的地形复杂度正相关。同时河网的分形和自相似特性有助于在自身系统中保持混沌与有序的统一,对比人文系统可以发现,在人类对自然地改造中,人地关系总是朝着对称的方向发展。这些结论有利于研究人类活动影响和自然环境变化下的水文循环,对水资源的可持续利用和认识自然,改造世界有重要的意义。
【关键词】：河网 结构分形 对偶图 MEMB法
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P208
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-17
• 1.1 选题背景与研究意义10-12
• 1.1.1 选题背景10-11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 河网水系的研究现状12-13
• 1.2.2 复杂网络的研究现状13-14
• 1.2.3 分形理论的研究现状14-15
• 1.3 研究目标与内容15
• 1.4 论文组织结构15-17
• 第2章 基于DEM的河网提取17-26
• 2.1 DEM概述17-18
• 2.2 河网提取方案18-22
• 2.2.1 河网流向提取19-20
• 2.2.2 洼地填充20-22
• 2.2.3 汇流累积量的计算22
• 2.3 DEM中的河网结构22-25
• 2.3.1 河网分级23-24
• 2.3.2 流域分割24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第3章 河网结构分形分析方法26-33
• 3.1 复杂网络概述26-28
• 3.1.1 图论26-27
• 3.1.2 复杂网络27-28
• 3.2 分形理论概述28-30
• 3.2.1 分形特性29
• 3.2.2 分形维数29-30
• 3.3 河网结构分形维数计算方法30-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第4章 实验与分析33-56
• 4.1 案例区域与原始数据33-39
• 4.1.1 地形地貌的参数35-39
• 4.2 基于地表径流模型提取河网39-42
• 4.3 顾及空间拓扑关系的河网分形维数计算42-55
• 4.3.1 河网空间拓扑表达42-48
• 4.3.2 河网结构分形维数计算48-55
• 4.4 结果分析55
• 4.5 本章小结55-56
• 结论与展望56-58
• 致谢58-59
• 参考文献59-63
• 攻读硕士学位期间发表的论文63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前8条

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6 王e，

本文编号：320029