基于元胞自動(dòng)機(jī)的流域產(chǎn)流產(chǎn)沙模型研究.pdf

1、產(chǎn)流產(chǎn)沙模型是深刻理解和模擬流域產(chǎn)流產(chǎn)沙過(guò)程的關(guān)鍵所在，是定量研究流域內(nèi)徑流泥沙的有效手段，是流域綜合治理規(guī)劃的需要。流域產(chǎn)流產(chǎn)沙取決于流域的地形地貌、土壤、植被、氣象、氣候以及人類活動(dòng)等多種因素。由于自然因素的時(shí)空變異性和不均一性以及人類活動(dòng)的不確定性，因此產(chǎn)流產(chǎn)沙是一個(gè)復(fù)雜的非線性過(guò)程。元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular Automata，CA)是研究復(fù)雜現(xiàn)象的一個(gè)典型方法，CA模型具有“自下而上”的研究思路、強(qiáng)大的復(fù)雜計(jì)算功能、固有的并

2、行計(jì)算能力以及鮮明的時(shí)空耦合特征，因此它特別適合于地理空間系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)模擬研究，為分布式流域產(chǎn)流產(chǎn)沙模型的研制提供一種新的研究方法，具有重要的理論與實(shí)踐意義。 回顧基于地理信息系統(tǒng)(Geographical Information System，GIS)的產(chǎn)流產(chǎn)沙模型以及CA在水文泥沙模型中的應(yīng)用的基礎(chǔ)上，對(duì)流域產(chǎn)流產(chǎn)沙影響因素進(jìn)行深入的分析，結(jié)合產(chǎn)流產(chǎn)沙模型與CA模型基本理論，構(gòu)建基于CA的流域產(chǎn)流產(chǎn)沙模型，并在GIS技術(shù)的支持

3、下，實(shí)現(xiàn)模型與GIS的緊密集成，開(kāi)發(fā)模型信息系統(tǒng)，并選擇黃土高原岔巴溝流域?yàn)樵囼?yàn)區(qū)，進(jìn)行模型的模擬應(yīng)用。本研究主要有以下內(nèi)容：(1)產(chǎn)流產(chǎn)沙模型的構(gòu)建，采用面向?qū)ο蟮姆椒?，定義模型，擴(kuò)展傳統(tǒng)CA的結(jié)構(gòu)，包括元胞狀態(tài)集、轉(zhuǎn)換規(guī)則與時(shí)間步長(zhǎng)等；(2)模型與GIS的集成，模型所需的數(shù)據(jù)通過(guò)GIS讀取、存儲(chǔ)、處理與輸出，在ArcEngine組件的支持下，實(shí)現(xiàn)模型與GIS的耦合；(3)模型在試驗(yàn)區(qū)的應(yīng)用，選擇試驗(yàn)區(qū)的地形、土地利用、植被覆蓋度以及

4、水文泥沙數(shù)據(jù)，對(duì)模型進(jìn)行參數(shù)率定與驗(yàn)證分析，并人工設(shè)計(jì)模擬情景，分析土地利用與植被覆蓋度變化對(duì)流域產(chǎn)流產(chǎn)沙的影響。 通過(guò)模型在試驗(yàn)區(qū)的模擬應(yīng)用，得到以下結(jié)論：(1)流域產(chǎn)流產(chǎn)沙具有明顯的非線性特征，CA方法是一種可以有效地模擬流域產(chǎn)流產(chǎn)沙復(fù)雜過(guò)程的非線性方法；(2)傳統(tǒng)的分布式模型相當(dāng)復(fù)雜，模型參數(shù)多，而該模型參數(shù)少，減輕了參數(shù)率定的繁瑣工作量，模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，降低了模型設(shè)計(jì)的難度；(3)將CA原理與產(chǎn)流產(chǎn)沙計(jì)算原理相結(jié)合，建立模