【正文】 點，所以本文是根據(jù)兩種方法結(jié)合起來生成TIN，在ArcView里選擇從地形表面生成TIN，即Create tin from feature， ，Height Source都選擇各自的Elevation屬性。對于凸殼的生成采用格雷厄姆算法，該算法是求解平面點集凸殼問題的最佳算法，然后求出包含新插入點p的外接圓的三角形，并按LOP算法優(yōu)化三角網(wǎng)，迭代計算完成整個區(qū)域內(nèi)的三角網(wǎng)的建立。合并算法、逐點插入法及三角網(wǎng)生長算法[20] [21]等。如何快速、高效地構(gòu)建Delaunay圖35 Delaunay三角網(wǎng)與Voronoi圖Delaunay三角網(wǎng)有以下特性：；“外殼”；，反之，如果一個三角網(wǎng)滿足此條件，那么它就是Delaunay三角網(wǎng)；，則Delaunay三角網(wǎng)的排列得到的數(shù)值最大，從這個意義上講，Delaunay三角網(wǎng)是“最接近于規(guī)則化”的三角網(wǎng)。這樣，在生成初步三角剖分網(wǎng)的同時，也實現(xiàn)了圖形優(yōu)化的處理。這種三角形稱作Delaunay三角形，它與Voronoi多邊形存在對偶關(guān)系，Delaunay三角形的外接圓圓心是與三角形相關(guān)的Voronoi多邊形的一個頂點。Voronoi多邊形網(wǎng)具有以下特征：它必定是度數(shù)為三的正則圖，即任意一個Voronoi多邊形的頂點或任意Voronoi多邊形網(wǎng)的一個結(jié)點，必有三條邊與它連接，這些邊是相鄰三個Voronoi多邊形兩兩拼接的公共邊。Voronoi多邊形網(wǎng)是由一組連續(xù)多邊形組成，多邊形的邊界是由連接兩鄰點線段的垂直平分線組成。常用Delaunay三角剖分方法。思路為：首先，在數(shù)據(jù)點集中取其中任一點P1，在其余各點中尋找與此點距離最近的點P2，連接P1和P2構(gòu)成第一邊，然后在其余所有點中尋找與這條邊最近的點，找到后即構(gòu)成第一個三角形；再以這個三角形新生成的兩邊為底邊分別尋找距它們最近的點構(gòu)成第二個三角形、第三個三角形……，依此類推，直到把所有的點全部連入三角網(wǎng)中，這是最簡單的生成TIN的方法。但是該方法也存在許多問題：首先，原始資料的成本太高，如果研究地區(qū)有航片，可以購買航片，如果沒有航片，臨時航飛代價太高；其次，對軟硬件要求較高，因為航片存貯量很大，所以對計算機性能要求較高。用數(shù)字攝影測量方法獲取DEM的一種主要手段之一[19]，采用該方法進行生產(chǎn)，相對來說資料的時效性較好，如果與地面控制點進行配合，通過各點影像來確定航片像對之間的相對位置關(guān)系，在求解相對定向參數(shù)時，利用了大量的多余觀測，不僅可自動剔除粗差，還可大大提高定向的精度和可靠性。利用全數(shù)字攝影測量系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集必須對用高精度掃描儀將航片或衛(wèi)片掃描成數(shù)字影像或直接獲取遙感數(shù)據(jù)進行內(nèi)定向，從而確定數(shù)字影像的掃描坐標系和影像坐標系之間的相互轉(zhuǎn)換關(guān)系。過去100多年來，攝影測量學(xué)經(jīng)歷了模擬法和解析法這兩個階段，現(xiàn)已進人了它的第三個階段即數(shù)字攝影測量階段[18]。航攝法的形成是在航空攝影測量技術(shù)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)之上建立的。 數(shù)字高模型的數(shù)據(jù)源用于生成DEM的數(shù)據(jù)源主要有以下三種：航空攝影像片是DEM的一種主要數(shù)據(jù)源，隨著遙感和數(shù)字攝影測量自動化技術(shù)的提高，大面積的航空像片可以快速得到，精度較高但價格昂貴；地形圖是DEM的另一種主要數(shù)據(jù)源，并且從等高線生產(chǎn)DEM比較準確，應(yīng)用很普遍，其缺點是更新困難；第三種是以地面實測記錄為數(shù)據(jù)源，用GPS、電子速測儀(全站儀)、電子手簿或測距經(jīng)緯儀，在已知點位的測站上，觀測到目標點的方向、距離和高差三個要素，計算出目標點的x、y、z三維坐標，建立DEM。：對有限個離散點或等高線，按一定優(yōu)化原則將每三個鄰近點聯(lián)接成三角形，每個三角形代表一個局部平面，再根據(jù)每個平面方程，可計算各柵格點高程，生成DEM。 數(shù)字高程模型的構(gòu)建方法 數(shù)字高程模型構(gòu)建有以下幾種方法：：在地形圖上蒙上一層透明的方格膜片，逐格讀取中心或角點的高程值，寫成數(shù)字高程矩陣的形式，構(gòu)成數(shù)字高程模型。不規(guī)則三角網(wǎng)與規(guī)則柵格方法不同之處在于隨地形起伏變化的復(fù)雜性而改變采樣點的密度和決定采樣點的位置，具有多分辨率的特性。一個簡單的記錄方式是：對于每一個三角形、邊和節(jié)點都對應(yīng)一個記錄，三角形的記錄包括三個指向它三個邊的記錄的指針，也可以直接對每個三角形記錄其頂點和相鄰三角形；邊的記錄有四個指針字段，包括兩個指向相鄰三角形記錄的指針和它的兩個頂點的記錄的指針；每個節(jié)點包括三個坐標值的字段，分別存儲X，X，Z坐標。圖(34)TIN模型。所以TIN是一個三維空間的分段線性模型，在整個區(qū)域內(nèi)連續(xù)但不可微。（TIN）模型不規(guī)則三角網(wǎng)（Triangulated Irregular Network, TIN）是通過不規(guī)則分布的數(shù)據(jù)點生成的連續(xù)三角面來逼近地形表面。等高線通常用二維的鏈表來存儲；另外的一種方法是用圖來表示等高線的拓撲關(guān)系，將等高線之間的區(qū)域表示成圖的節(jié)點，用邊表示等高線本身,此方法滿足等高線閉合或與邊界閉合、等高線互不相交兩條拓撲約束。如圖可知，等高線線模型中不同的等高線是離散的，只表達了區(qū)域的部分高程值，無論等高線之間距離多么小，都不可能表達整個地形。等高線模型指根據(jù)已知的高程值的集合來表示整個區(qū)域的高程狀況，因為每一條等高線對應(yīng)一個已知的高程值，所以一系列等高線集合和它們的高程值一起就構(gòu)成了一種地面高程模型。柵格DEM的一個缺點就是不能準確表示地形的結(jié)構(gòu)和細部，在不改變柵格大小的情況下，難以表達復(fù)雜地形的突變現(xiàn)象，為避免這些問題，可采用附加地形特征數(shù)據(jù)，如地形特征點、山脊線、谷底線、斷裂線，以描述地形結(jié)構(gòu)；另一個缺點是數(shù)據(jù)量過大，尤其是在地形平坦的地方，因為采用了統(tǒng)一分辨率，所以存在大量的數(shù)據(jù)冗余，給數(shù)據(jù)管理帶來了不方便，通常要進行壓縮存儲。規(guī)則柵格的高程矩陣，因為其結(jié)構(gòu)簡單、分辨率統(tǒng)一，所以可以很容易地用計算機進行處理，如計算等高線、坡度、坡向、山坡陰影和自動提取流域地形，也是DEM最廣泛使用的格式，目前許多國家提供的DEM數(shù)據(jù)都是以規(guī)則柵格的數(shù)據(jù)矩陣形式提供的。如圖32所示。圖31 DEM表示方法 DEM的三種主要模型數(shù)字高程模型構(gòu)建有以下幾種方法：；；； ：通過遙感立體像對，根據(jù)視差模型自動選配左右影像，用攝影測量的方法建立空間高程立體模型，量取密集高程數(shù)據(jù)，建立數(shù)字高程模型；：根據(jù)有限個離散點的高程、采用多項式或樣條函數(shù)求得擬合公式（即曲面函數(shù)方程），從而可以逐一計算各點的高程，可得到擬合的柵格DEM。如可用等高線表示DEM，也可用其它的地形特征線來是表達地面高程的重要信息，如山脊線、谷底線、海岸線及坡度變換線等；當(dāng)然也可結(jié)合點、線、面來表示DEM。 DEM的表示方法數(shù)學(xué)方法表達數(shù)字高程模型，可以分為整體擬合方法和局部擬合方法，前者即根據(jù)區(qū)域所有的高程點數(shù)據(jù)，用傅立葉級數(shù)和高次多項式擬合統(tǒng)一的地面高程曲面，后者是指將地表復(fù)雜表面分成正方形規(guī)則區(qū)域或面積大致相等的不規(guī)則區(qū)域進行分塊搜索，根據(jù)有限個點進行擬合形成高程曲面。由于用數(shù)字形式表達地形表面,DEM具有如下顯著特點：，產(chǎn)生多種比例尺的地形圖、縱橫斷面圖和立體圖；；。影響曼寧系數(shù)的因素很多，其中包括河網(wǎng)形狀、地形、植被覆蓋、地表侵蝕特征等，Engman(1986)給出了適于分布式水文模型的坡面徑流和河網(wǎng)匯流演算的有效曼寧系數(shù)[15]，對于本流域的土地利用實際情況，選取的曼寧系數(shù)初值如下：表(23) 曼寧系數(shù)取值 覆蓋類型曼寧系數(shù)初始取值曼寧系數(shù)合理范圍農(nóng)田森林、灌木林荒草地作物耕地城鎮(zhèn)用地第三章 燕山水庫流域數(shù)字高程模型的構(gòu)建 數(shù)字高程模型概念及表示方法 數(shù)字高程模型的概念及應(yīng)用數(shù)字高程模型DEM(Digital Elevation Model),其目的是用攝影測量或其他技術(shù)手段獲得地形數(shù)據(jù)給地理空間定位，它是利用坐標場中大量的已知（X，Y，Z）坐標點及屬性值對連續(xù)地面的數(shù)字表示，是一個描述地球表面形態(tài)多種信息空間分布的有序數(shù)值陣列，DEM的實質(zhì)就是對地球表面地形地貌的一種離散的數(shù)學(xué)表達[16]。表(22) 初滲率覆蓋類型初滲率(mm)農(nóng)田森林、灌木林荒草地作物耕地城鎮(zhèn)用地 0（本文取值） 曼寧系數(shù)曼寧系數(shù)[14]也就是地表的粗糙程度系數(shù)，也叫糙率系數(shù)。 土壤參數(shù)計算方法飽和重=（滲透后重量+飽和重量）/2飽和含水量=（飽和重量環(huán)刀重干土重）/（水密度*環(huán)刀體積）田間持水量=（落干重環(huán)刀重干土重）/（水密度*環(huán)刀體積）初始含水量=（初始土重環(huán)刀重干土重）/（水密度*環(huán)刀體積）干容重=（盒重+干土重盒重）/環(huán)刀體積穩(wěn)滲率=（600*水量*土樣長度）/（水頭*時間*土樣截面積） （cm/min） 跟據(jù)以上方法算出各個土樣的參數(shù)，再用數(shù)理統(tǒng)計進行誤差處理,除掉由于采樣或?qū)嶒炓鹫`差的樣品()： 經(jīng)處理后土壤的物理參數(shù)，其中凋萎系數(shù)是根據(jù)中國土壤數(shù)據(jù)庫取相應(yīng)類土的凋萎系數(shù)的參考值，如表(21)：表(21) 土壤物理系數(shù) 土壤飽和含水量(%)田間持水量(%)凋萎系數(shù)(%)干容重(g/cm3)穩(wěn)滲率(m/s)黃褐土粗骨土　　　　　黃棕壤石質(zhì)土　　　　　灰潮土　　　 下滲系數(shù)下滲系數(shù)[13]是水文學(xué)的一個重要的參數(shù)，就是在單位時間內(nèi)，單位面積上滲入土中的水量(mm/h或mm/min)。流域內(nèi)土壤土層較厚，約2米左右，根據(jù)河南省土壤分布圖、南陽土壤分布圖以及中國土壤數(shù)據(jù)庫, 流域內(nèi)表層土壤為典型的淋溶褐土系列，主要以黃褐土為主,其次為粗骨土，黃棕壤、石質(zhì)土、灰潮土，土壤分布平面圖見圖(22)。 地形和土壤燕山水庫流域海拔除幾個山頂外基本在80m～250m之間，落差較小、地勢相對平坦、坡度變化不大，流域的北、西南、東南均有丘陵，因此，燕山水庫流域處于一個狹長斷陷盆地之中，也形成一個天然的閉合流域。燕山水庫流域洪水一般是由暴雨形成的，并具有漲落陡、洪峰高等特點。跟據(jù)建國后的記載，從1954到2000年47年中，流量在1000m3洪水共243次，其中造成特大旱災(zāi)有1次，但小災(zāi)害頻繁。 流域水文氣象燕山水庫流域?qū)儆谂瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，氣候變化完全受季風(fēng)支配：在夏季季風(fēng)活躍，南方暖濕汽流不斷襲來，造成夏季潮濕多雨，氣溫日差大；極端最高氣溫可達400C；九月以后，季風(fēng)逐漸南移，北方冷空氣不斷南下，冷高壓氣團控制，形成冬季寒冷，降雨量少。燕山水庫大壩屬土石混合壩型，等別和規(guī)模屬二等大(Ⅱ)型，地震設(shè)防烈度為6度。 圖21 燕山水庫地理位置 燕山水庫概況 燕山水庫建成后，可使澧河的防洪標準由5年一遇提高到20年一遇，結(jié)合其它防洪工程運行，使沙河干流防洪標準由10～20年一遇提高到50年一遇。第二章 燕山水庫流域概況 地理位置燕山水庫位于中國河南省平頂山葉縣境內(nèi)的澧河支流干江河上，是淮河流域規(guī)劃的重點大型防洪水庫，對控制淮河上游沙、潁河流域的洪水，保護豫皖兩省大面積農(nóng)田和京廣鐵路、京珠高速公路、107國道以及對漯河市、周口市的防洪安全具有重要意義。本文采用了河南省水利廳設(shè)計院提供1：5000的燕山水庫流域電子地形圖以及河南省水文局提供的相關(guān)水文地質(zhì)資料、1：10000河南省地形圖數(shù)據(jù)和因特網(wǎng)上提供的河南省土地利用圖，全國土壤分布圖以及相關(guān)參數(shù)建立時空關(guān)系，來反映地形、植被和土壤的空間變化對水文過程的影響。本文第一章是對國內(nèi)外和本人對所研究課題的探討；第二章是對流域的下墊信息、水文參數(shù)提??；第三章是在流域地形圖基礎(chǔ)上生成流域的DEM(數(shù)字高程模型)；第四章是由流域DEM提取分辨率為500m500m柵格的高程、坡度、河網(wǎng)，流量積累等地形參數(shù)；第五章是建立柵格單元水文模型，第六章對地表徑流模擬計算；最后一章是對模型的驗證。由于水利信息及地形、地質(zhì)條件的復(fù)雜性，數(shù)據(jù)量大，因此，建立分布式水文模型關(guān)鍵是對地形數(shù)據(jù)和下墊信息的獲取、處理以及對基于柵格單元的水文模型的構(gòu)建。傳統(tǒng)水文學(xué)要依靠多年水文資料的積累才能進行水文運算，而分布式水文模型依據(jù)流域的相關(guān)實驗參數(shù)和地理信息就能進行水文模擬，這給水利行業(yè)注入新的活力。近年來，對分布式水文模型的研究取得了較多成果：王中根(2002)建立了GB(Geomorphologybased Hydrological Model)模型，就是在DEM的基礎(chǔ)上進行河網(wǎng)和子流域的提取，然后基于等時流線的概念，將子流域分成若干匯流網(wǎng)；夏軍(2002)提出了時變增益非線性系統(tǒng)模型；沈曉東(1995)提出了動態(tài)分布式流域降雨徑流模型等[10]。 國內(nèi)研究現(xiàn)狀國內(nèi)的分布式水文模型的研究起步較早，20世紀60年代,趙人俊等[9]提出旨在考慮包氣帶持水能力的空間分布對蓄滿產(chǎn)流影響的新安江模型就是一個經(jīng)典的半分布式水文模型。通過分布式水文模型，研究者們不僅可以更深入地了解水文循環(huán)在不同時間和空間尺度上的演變過程和演變規(guī)律，而且還可以構(gòu)建用于研究大氣與土壤相互作用、土坡侵蝕、泥沙運動、環(huán)境變化、水質(zhì)模擬等的綜合平臺。 此外還有多個分布式水文模型：WIGMOSTAETAL[7]建立了一個分布式的水文植被模型,研究復(fù)雜地形條件下的流域水文過程；美國農(nóng)業(yè)研究中心的SWAM(Small Watershed Model)模型，日本的TANK模型等等[8]。但是，最早為人所知的分布式水文模型是1986年丹麥水力學(xué)研究所、英國水文研究所和法國的SOGERAH合作開發(fā)的系統(tǒng)水文歐洲(SHE), SHE模型[5]以水動力學(xué)為基礎(chǔ),涉及到植物截留、蒸散發(fā)、坡面水流