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基于不同DEM空间分辨率的TOPMODEL研究

程媛华  
【摘要】:采用数字高程流域水系模型(DEDNM),基于褒河流域3s分辨率的DEM数据,通过空间聚集的方法分别生成9s、18s、27s、36s、45s和54s等六种不同分辨率的DEM数据,并由DEDNM自动生成这七种不同分辨率的DEM数据下的数字流域水系。 考虑降水量、蒸发量以及地形指数在流域上分布的不均匀性,建立基于子流域的改进汇流的TOPMODEL,模型参数采用SCE-UA优化。分别模拟褒河流域的5场大洪水和19场中小洪水,发现大洪水和中小洪水模拟的情况相似,其中确定性系数和径流深相对误差模拟的精度较高,洪峰流量相对误差和峰现时差的精度较低,峰现时差的模拟精度尤其低。 通过不同DEM分辨率下的地形参数比较,发现DEM分辨率对地形参数有显著的影响,DEM分辨率越低,地形参数中的信息量损失越大。基于3s分辨率的DEM数据率定得到的TOPMODEL模型参数作为静态参数,在静态参数下比较3s、27s和54s三种不同DEM分辨率的TOPMODEL模拟的效果,发现DEM分辨率对TOPMODEL模拟精度也有显著影响,随着DEM分辨率降低,总体上TOPMODEL的模拟精度也降低,但是峰现时差几乎不受DEM分辨率的影响。 对单宽上坡集水面积引入分辨率因子,对地面坡度引入分形的方法,得到不受DEM分辨率影响的地形指数,进而得到不受DEM分辨率影响的TOPMODEL。在相同低分辨率DEM数据下,比较TOPMODEL和不受DEM分辨率影响的TOPMODEL,发现后者比前者的模拟精度高,且后者比前者更接近高分辨率下TOPMODEL模拟精度,说明构建的不受DEM分辨率影响的TOPMODEL在一定程度上减少DEM分辨率对TOPMODEL的影响。 对TOPMODEL和不受DEM分辨率影响的TOPMODEL分别采用SCE-UA重新优化参数,得到TOPMODEL模型动态参数。通过比较TOPMODEL分别在静态和动态参数下的模拟情况,以及比较不受DEM分辨率影响的TOPMODEL分别在静态和动态参数下的模拟情况,发现两者在动态参数下模拟的精度比静态参数下的模拟精度总体上有不同程度的提高,但是在动态参数下两者的峰现时差的模拟精度变差。动态参数和静态参数相比,TOPMODEL模型参数SZM变化的幅度最大。


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