论文题目: 黄河数字流域模型
论文类型: 博士论文
论文专业: 水利工程
作者: 刘家宏
导师: 王光谦
关键词: 数字流域模型,黄河,径流模拟,多沙粗沙区,淤地坝规划
文献来源: 清华大学
发表年度: 2005
论文摘要: 数字流域模型能够模拟全流域的降雨-径流及产沙输沙等过程,在流域防汛减灾、水量调度、水土保持等方面有重要应用。目前该研究还处于起步阶段,研究区域的范围大多局限于小流域,离全流域的综合模型尚有一段距离。本文的研究目标就是建立全流域的数字流域模型系统。论文着眼于大流域的水沙过程模拟,提出并建立了数字流域模型系统的框架。模型框架依托DEM数据及其存取系统,以流域分级理论为依据,将全流域分为四级:坡面、小流域、区域和全流域。在坡面上建立产流和产沙数学模型,在小流域河网、区域河网和全流域河网上分三级进行汇流演进。通过“坡面产流,逐级汇流”的组织方式,将四个层次的模型整合成一个完整的数字流域模型系统。系统主要包括五项关键技术,即大流域DEM数据存取、流域沟道参数提取、基于遥感图像的模型参数提取、分布式降雨量数据存取和计算机集群并行计算。论文在数字流域模型系统框架下建立了基于坡面产流、产沙模块的降雨-径流模型和侵蚀产沙模型。模型在岔巴沟流域进行了率定和验证,效率系数达到75%。模型模拟了1983年黄河流域花园口以上部分的水资源分布状况和花园口等几个重要水文断面的径流过程,统计了黄河上中游各省的地表水资源量。计算结果和实测结果基本吻合。模型用不同的时间步长再现了伊洛河“82.8”洪水(Δt=6min/1h)和1983年黄河小花间的汛期径流过程(Δt=1h),模拟结果和实测结果符合得较好。模型对黄河中游多沙粗沙区1967、1978、1983、1994、1997五年汛期的产流产沙量进行了模拟计算,结果表明多沙粗沙区进入黄河干流河道的泥沙量和降雨量、降雨地点、降雨强度以及泥沙的粒径有关,模型可以较好地模拟这些因素的影响,解释黄河“多水少沙”或“少水多沙”现象。模型各项应用的结果表明:(1)模型系统能够适应不同需要,采用不同的计算步长;(2)模型可用于大流域的降雨-径流模拟和水资源量计算;(3)辅以降雨预报模块,模型可用于洪水预报;(4)模型可用于大区域或局部小流域的产流产沙计算,为淤地坝规划提供科学依据。
论文目录:
第1章 数字流域研究综述
1.1 数字流域研究背景
1.2 数字流域研究现状
1.2.1 数字流域框架研究
1.2.2 数字流域基础平台建设
1.2.3 数字流域模型及相关技术研究
1.2.4 数字流域应用系统建设
1.3 数字流域研究需要解决的问题
第2章 数字流域模型原理
2.1 数字流域模型的基础——DEM 数据
2.2 流域分级理论与沟道分级方法
2.3 沟道参数提取系统
2.4 数字产汇流模型数据获取
2.5 坡面产流模型
2.5.1 模型基本单元及其结构
2.5.2 模型时空尺度
2.5.3 计算原理与过程
2.6 坡面侵蚀产沙模型
2.7 河道汇流模型
2.7.1 马斯京根法
2.7.2 分级汇流
2.7.3 数据流程和数据表结构
2.7.4 汇流程序结构
2.8 数字流域产汇流整体模型
第3章 数字高程模型数据的存取与管理
3.1 地形数据的来源
3.2 地形数据的预处理
3.3 地形数据的存储
3.4 地形数据的读取
3.5 大流域DEM 数据管理系统
第4章 数字流域模型的参数提取
4.1 基于遥感图像的模型参数提取
4.1.1 常用遥感图像的种类及解译方法
4.1.2 遥感图像Tiff 文件格式
4.1.3 遥感图像地理坐标的配准
4.1.4 遥感图像任意坐标点的信息提取
4.1.5 遥感图像任意多边形区域的信息提取
4.1.6 通过遥感图像提取数字流域模型参数
4.2 降雨量数据存取
第5章 数字流域模型的计算机制
5.1 模型计算概述
5.2 模型计算任务流程
5.3 数据准备
5.3.1 与地形相关的数据
5.3.2 与遥感图像相关的数据
5.3.3 降雨数据
5.4 单元产汇流计算
5.4.1 单元产流计算
5.4.2 单元汇流计算
5.5 流量叠加计算
5.6 河道传输计算
5.7 计算方案制定与比较
5.7.1 单机串行计算
5.7.2 Master-Slave 型并行计算
5.7.3 优化并行计算
第6章 黄河全流域水量计算
6.1 黄河流域基本情况概述
6.2 流域的划分和分级
6.3 模型参数的设定
6.4 模型的输入
6.5 模型计算结果和分析
6.6 小结
第7章 黄河小花间汛期洪水预报
7.1 黄河小花间地区概况
7.2 小花间流域划分
7.3 流域参数的提取和模型参数的设定
7.4 模型计算结果和分析
7.4.1 伊洛河洪水模拟
7.4.2 小花间径流模拟
第8章 黄土高原多沙粗沙区产沙计算
8.1 黄土高原多沙粗沙区概况
8.2 黄土高原多沙粗沙区产沙模拟
8.2.1 多沙粗沙区单元划分
8.2.2 产沙模拟
第9章 岔巴沟淤地坝规划
9.1 淤地坝概述
9.2 淤地坝规划中的水沙关系分析
9.3 应用模型模拟淤地坝的减沙效果
第10章 数字流域模型研究总结与展望
10.1 完成的主要工作
10.2 论文的创新点和重要进展
10.3 工作中的困难、缺点和不足
10.4 数字流域后续的研究工作和应用前景展望
参考文献
致谢及声明
个人简历、在学期间的研究成果及发表的论文
发布时间: 2006-06-29
参考文献
- [1].基于数字流域模型的珠江补淡压咸水库调度研究[D]. 尹小玲.清华大学2009
- [2].流域水文信息空间分布与人类影响研究[D]. 史海匀.清华大学2013
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