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不同尺度数字高程模型提取水系的尺度效应

张宏才  
【摘要】:尺度一直是水文科学乃至地理科学关注的焦点问题之一。尺度包括空间尺度、时间尺度与属性尺度。目前,水科学中尺度研究主要集中于时空尺度,数据属性尺度的研究很少。数据精度不同,水运动规律、研究方法、模型建立都截然不同,尺度因子具有明显的制约作用。 随着“3S”技术引进水科学,水文研究不但在数据获取、模型建立、研究领域获得了长足的进步,而且使得流域尺度以上的水文研究具有了物理基础,更加贴近客观实际,基于DEM的分布式水文模型就是代表之一。然而,人们的注意力往往集中在模型的构建上,忽视了对水系结构特征与DEM的分辨率与比例尺对提取水系的影响研究,使得模型的建立缺乏一个坚实的基础,减弱了模型的科学性与适用性;与此同时,相关研究都是在流域、区域尺度上展开,对数据源的时空分辨率有相应的要求,以使数据与模型在尺度及参数结构上匹配;最后,数字制图、空间数据集成等都不同程度需要研究水系在不同尺度下的变化规律。但有关此方面的研究很少。 研究课题来源于国家自然科学基金(49971065)项目——“数字高程模型不确定性及其对应用影响研究”。论文以“不同尺度的DEM提取水系的尺度效应”为题,以水系结构规律(霍顿水系定律)与整体特征(水系分形)为研究内容,通过对不同空间尺度(比例尺与分辨率)陕北韭园沟流域DEM提取水系的对比分析,揭示尺度因子对提取水系的影响,黄土高原丘陵沟壑区水系结构特征以及尺度对水系分形的影响规律。 由于许多相关理论与技术还处在探讨阶段,因而论文中的许多观点仅为个人看法。论文的创新之处主要在以下几个方面:(1)系统总结了水系研究的现状及存在的问题,提出利用GIS技术进行水系研究的思路;(2)总结了水系分形研究的现状及存在问题,利用GIS进行了河网分形分维研究;(3)基于不同比例尺与分辨率DEM提取水系的对比分析,揭示了尺度因子对水系因子的影响;(4)研究了尺度因子对河网分维值的影响,揭示了水系是复杂分形体的本质特征。


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