数字高程模型12课件

第十一讲第十一讲GIS和遥感辅助下流域地理过程和遥感辅助下流域地理过程的计算机模拟的计算机模拟-2 四、研究方法四、研究方法空间离散化方法研究空间离散化方法研究空间参数化方法研究空间参数化方法研究离散单元的自动赋值和空间模拟逐级集成离散单元的自动赋值和空间模拟逐级集成 （二）（二）空间参数化方法研究空间参数化方法研究 SWAT模模型型的的输输入入参参数数可可以以分分为为地地形形、气气象象、土土地利用、土壤、农业管理措施等多种类型。地利用、土壤、农业管理措施等多种类型。包包括括：流流域域配配置置、I/OI/O控控制制、流流域域地地形形输输入入文文件件、降降水水、气气温温、太太阳阳辐辐射射、风风速速、相相对对湿湿度度、太太阳阳辐辐射射、地地面面覆覆盖盖/植植被被生生长长、耕耕作作方方式式、农农药药、化化肥肥、城城市市、气气象象模模拟拟、池池塘塘/湿湿地地、用用水水调调度度、主主河河道道、流流域域水水质质、河河道道水水质质、湖湖泊泊水水质质、土土壤壤物物理理、土土壤壤化化学学、地地下下水水、水库管理、子流域、水库管理、子流域、HRUsHRUs、点源等、点源等3030多个文件。多个文件。1 1、地形参数化研究、地形参数化研究 地形数据参数化是在子流域基础上得到的。包括地形属性和河道属性两地形数据参数化是在子流域基础上得到的。包括地形属性和河道属性两部分。涉及子流域的坡长、坡度、高度带、河道长度、宽度、河道坡度等多部分。涉及子流域的坡长、坡度、高度带、河道长度、宽度、河道坡度等多项内容。利用项内容。利用GISGIS软件由软件由DEM通过数字地形分析的方法提取。通过数字地形分析的方法提取。表表3 3 提取的子流域内部地形属性示例提取的子流域内部地形属性示例 SubbArea(ha)Len1(m)Slo1(%)Sll(m)Csl(%)Wid1(m)Dep2(m)Ele(m)11359.4410033.3711.0236.594.676.170.3741521579.638904.2218.8918.296.776.760.3944733741.8816861.6215.9724.392.5011.340.55523.SubbSubrAreac(ha)Len2(m)Slo2(%)Wid2(m)Dep2(m)MinE(m)MaxE(m)141359.442437.474.236.170.37298401241579.632676.072.926.760.39298376353741.888803.922.2311.340.55295491表表4 4 提取的河道属性示例提取的河道属性示例 2 2、气象数据参数化研究、气象数据参数化研究 气象数据的参数化是在子流域尺度上进行的。模型运行需气象数据的参数化是在子流域尺度上进行的。模型运行需要最高、最低气温，降水，太阳辐射，风速，相对湿度的逐日要最高、最低气温，降水，太阳辐射，风速，相对湿度的逐日资料作为输入数据。资料作为输入数据。地点、坐标（地点、坐标（X/YX/Y）高程高程h h2 2m m与兴国县城的高差与兴国县城的高差h hm m温度校正值温度校正值t t东村东村 (20356338.00,2919237.50)(20356338.00,2919237.50)197.6197.667.667.6-0.37-0.37古龙岗古龙岗 (20370170.00,2927270.00)(20370170.00,2927270.00)240240110110-0.61-0.61莲塘莲塘 (20356450.00,2927270.00)(20356450.00,2927270.00)230230100100-0.56-0.56 表表5 5 流域内雨量站所在地温度校正值流域内雨量站所在地温度校正值（a a）气温）气温：潋水河流域内部没有气温观测数据。使用了：潋水河流域内部没有气温观测数据。使用了30多公里外县城多公里外县城的观测数据。选择了流域内部三个雨量站所在的地点（东村、莲塘和古的观测数据。选择了流域内部三个雨量站所在的地点（东村、莲塘和古龙岗），按每个雨量站所在地与兴国县城的高差，以每上升龙岗），按每个雨量站所在地与兴国县城的高差，以每上升100米降低米降低0.56摄氏度的递降率校正。模型运行时以这三个地点的校正气温作为输摄氏度的递降率校正。模型运行时以这三个地点的校正气温作为输入值。入值。（b b）雨量校正）雨量校正现有雨量观测资料：现有雨量观测资料：流域内部东村、莲塘、流域内部东村、莲塘、古龙岗三处雨量站古龙岗三处雨量站1991年年2000年逐日年逐日观测资料。还有部分观测资料。还有部分测站（樟木、兴江、测站（樟木、兴江、兴国县）部分时段兴国县）部分时段（19931995）逐日）逐日观测资料。观测资料。现有的站点资料仅代表所在点位的降雨现有的站点资料仅代表所在点位的降雨状况，如何从有限点的观测资料推算每状况，如何从有限点的观测资料推算每个子流域的降雨状况？如何推算某个高个子流域的降雨状况？如何推算某个高度带的降雨状况？度带的降雨状况？我们采用了我们采用了雨量高程改正雨量高程改正的方法的方法由现有观测数据得出雨量和高程的回归方程：由现有观测数据得出雨量和高程的回归方程：由现有观测数据得出雨量和高程的回归方程：由现有观测数据得出雨量和高程的回归方程：y=1.4701x+1288.4 (ry=1.4701x+1288.4 (ry=1.4701x+1288.4 (ry=1.4701x+1288.4 (r2 2 2 2=0.7534)=0.7534)=0.7534)=0.7534)，据此方程可得不同，据此方程可得不同，据此方程可得不同，据此方程可得不同高度带的降雨校正系数，分别以古龙岗、莲塘、东村三高度带的降雨校正系数，分别以古龙岗、莲塘、东村三高度带的降雨校正系数，分别以古龙岗、莲塘、东村三高度带的降雨校正系数，分别以古龙岗、莲塘、东村三站实测降雨量校正为各高度带降雨量。站实测降雨量校正为各高度带降雨量。站实测降雨量校正为各高度带降雨量。站实测降雨量校正为各高度带降雨量。雨量站雨量站高程高程x xi im m观测雨量观测雨量y yi immmm估估 计计 雨雨 量量yyI I mmmm绝绝 对对 误误 差差y yi immmm相相 对对 误误 差差i i兴国兴国130.0130.01489.701489.701479.51479.5-10.2-10.2-0.68-0.68东村东村197.6197.61560.091560.091578.91578.918.818.81.211.21莲塘莲塘230.0230.01560.551560.551626.51626.566.066.04.234.23古龙岗古龙岗240.0240.01732.361732.361641.21641.2-91.1-91.1-5.26-5.26樟木樟木260.0260.01632.201632.201670.61670.638.438.42.352.35梅窖梅窖280.0280.01732.91732.91700.01700.0-32.9-32.9-1.90-1.90新江新江320.0320.01747.81747.81758.81758.811.011.00.630.63表表6 6 各雨量站的高程、观测雨量、估计雨量、绝对误差和相对误差各雨量站的高程、观测雨量、估计雨量、绝对误差和相对误差平均高程平均高程m m计算平均降雨量计算平均降雨量y y1 1mmmm实测平均降雨量实测平均降雨量y y2 2降雨校正系数降雨校正系数y y1 1/y/y2 2改正降雨量文改正降雨量文件名件名代表性雨量站代表性雨量站雨量雨量mmmm3003001729.431729.43古龙岗古龙岗1732.361732.360.9980.998Glg300Glg300东村东村1560.091560.091.1091.109Dc300Dc300莲塘莲塘1560.551560.551.1081.108Lt300Lt3004004001876.441876.44古龙岗古龙岗1732.361732.361.0831.083Glg400Glg400东村东村1560.091560.091.2031.203Dc400Dc400莲塘莲塘1560.551560.551.2021.202Lt400Lt4005005002023.452023.45古龙岗古龙岗1732.361732.361.1681.168Glg500Glg500东村东村1560.091560.091.2971.297Dc500Dc500莲塘莲塘1560.551560.551.2971.297Lt500Lt5006006002170.462170.46古龙岗古龙岗1732.361732.361.2531.253Glg600Glg600东村东村1560.091560.091.3911.391Dc600Dc600莲塘莲塘1560.551560.551.3911.391Lt600Lt600 表表7 7 各高度带计算平均雨量各高度带计算平均雨量y y1 1、代表站实测雨量和降雨校正系数、代表站实测雨量和降雨校正系数y y1 1/y/y2 2（c c）气象模拟数据库）气象模拟数据库（1 1）按月统计的多年日最高气温平均值和标准差（按月统计的多年日最高气温平均值和标准差（2424项）；项）；（2 2）按月统计的多年日最低气温平均值和标准差按月统计的多年日最低气温平均值和标准差(24(24项项)；（3 3）按月统计的多年每月总降雨量平均值和标准差（按月统计的多年每月总降雨量平均值和标准差（2424项）；项）；（4 4）按月统计的多年每月中，日降雨量的倾斜系数（按月统计的多年每月中，日降雨量的倾斜系数（1212项）；项）；（5 5）按月统计的多年每月中，湿天干天的概率（按月统计的多年每月中，湿天干天的概率（1212项）；项）；（6 6）按月统计的多年每月中，湿天湿天的概率（按月统计的多年每月中，湿天湿天的概率（1212项）；项）；（7 7）按月统计的多年每月的平均降雨天数（按月统计的多年每月的平均降雨天数（1212项）；项）；（8 8）按月统计的多年每月中，最大按月统计的多年每月中，最大0.50.5小时降雨量（小时降雨量（1212项）；项）；（9 9）按月统计的多年每月中，日平均太阳辐射（按月统计的多年每月中，日平均太阳辐射（1212项）；项）；（1010）按月统计的多年每月中，日平均露点温度（按月统计的多年每月中，日平均露点温度（1212项）；项）；（1111）按月统计的多年每月中，日平均风速（按月统计的多年每月中，日平均风速（1212项）项）3 3、土地利用参数化、土地利用参数化 土地利用参数化是利用遥感技术通过遥感图像的监督分类实土地利用参数化是利用遥感技术通过遥感图像的监督分类实现的。监督分类的过程如下：现的。监督分类的过程如下：（1 1）野外考察，选定训练区；）野外考察，选定训练区；（2 2）确定分类基础图象；（）确定分类基础图象；（1010维）维）（3 3）监督分类；）监督分类；（4 4）分类结果的后处理；）分类结果的后处理；筛选（筛选（sievesieve）、聚集（、聚集（clumpclump）、众化（）、众化（majoritymajority）、综合（）、综合（combinecombine）（5 5）格式转换，将分类后的图像转换成）格式转换，将分类后的图像转换成ArcViewArcView的的GridGrid格式。格式。建立土地利用类型和土地利用格网值的对应表，将空间数据和属建立土地利用类型和土地利用格网值的对应表，将空间数据和属性数据库联系起来。性数据库联系起来。监督分类关键在于训练区的选择；监督分类关键在于训练区的选择；训练区的选择要：训练区的选择要：“纯纯”：同一地物类型，纯净象元；：同一地物类型，纯净象元；“大大”：足够大的面积；：足够大的面积；“全全”：类型齐全；：类型齐全；“多多”：同类地物，尽量多的数量；：同类地物，尽量多的数量；“中中”：在中间定位；：在中间定位；“显显”：对照图像，地物界限明显；：对照图像，地物界限明显；“勾勾”：及时勾绘在地形图或图像上；：及时勾绘在地形图或图像上；监督分类方法选择并不重要，关键要进监督分类方法选择并不重要，关键要进行多次反复的分类试验，来确定每种方行多次反复的分类试验，来确定每种方法所需参数；法所需参数；分类完毕，要根据混淆矩阵分析分类精分类完毕，要根据混淆矩阵分析分类精度，用检验样点进行检验；度，用检验样点进行检验；表表表表8 8 8 8 监督分类结果统计表监督分类结果统计表监督分类结果统计表监督分类结果统计表 类序号类序号类含义类含义类代码类代码象元数象元数占流域总面积占流域总面积1 1 水体水体WATEWATE8198190.0885%0.0885%2 2 混交林地混交林地FRSTFRST19825119825121.4169%21.4169%3 3 稀疏林地稀疏林地FRSDFRSD28526128526130.8076%30.8076%4 4 阔叶林地阔叶林地FRSEFRSE11879711879712.8298%12.8298%5 5 低矮灌丛低矮灌丛RNGBRNGB91819918199.9163%9.9163%6 6 农地（旱）农地（旱）AGRCAGRC11934711934712.8892%12.8892%7 7 水稻田水稻田RICERICE85762857629.2621%9.2621%8 8 居民地居民地URBNURBN21639216392.3370%2.3370%9 9 裸地裸地RNGERNGE424942490.4589%0.4589%图图11 11 研究区土地利用分类图研究区土地利用分类图 4 4、土壤数据参数化、土壤数据参数化 研研究究区区内内土土壤壤共共细细分分为为3838种种（包包括括复复区区）。但但复复区区无无法法确确定定其其分分层层结结构构，将将复复区区归归并并到到优优势土壤类，在模型运行时实际归为势土壤类，在模型运行时实际归为2323类。类。a.a.土壤质地采样数据的标准转换土壤质地采样数据的标准转换 土壤土壤名称名称取样深度取样深度mm1mm1-0.1mm0.1-0.05mm0.05-0.01mm0.01-0.005mm0.005-0.001mm0.001mm质地名称质地名称沙沙泥泥田田0-1708.922.341.015.39.210.22.0中砾质轻壤土中砾质轻壤土170-2305.120.543.712.37.210.26.1中砾质轻壤土中砾质轻壤土2mm0.05-1mm0.002-0.05mm0.002mm质质 地地 名名 称称沙沙 泥泥 田田0-1708.963.330.316.39中砾质轻壤土中砾质轻壤土170-2305.164.225.3110.49中砾质轻壤土中砾质轻壤土2300.6254.832.7012.50中壤土中壤土黄鳝泥田黄鳝泥田0-1401.553.730.8315.47轻砾质中壤土轻砾质中壤土140-2502.048.632.9118.49轻砾质中壤土轻砾质中壤土250-6202.155.721.8922.41轻砾质中壤土轻砾质中壤土620-100014.661.411.4227.18重砾质中壤土重砾质中壤土表表 10 10 改算后土后壤粒级采样值示例改算后土后壤粒级采样值示例b.b.土壤水文、水传导等物理属性的参数化土壤水文、水传导等物理属性的参数化SWAT模型需要各类土壤的水文、水传导属性作为输入模型需要各类土壤的水文、水传导属性作为输入值，包括：值，包括：（a）每类土壤所属的水文单元组（）每类土壤所属的水文单元组（soilhydrologicgroup）；）；（b）植被根系深度；）植被根系深度；（c）土壤表面到最底层深度；按土壤层分层输入的数据有：）土壤表面到最底层深度；按土壤层分层输入的数据有：（d）土壤表面到各土壤层深度；）土壤表面到各土壤层深度；（e）土壤容重（）土壤容重（moistbulkdensity）；）；（f）有效田间持水量（）有效田间持水量（availablewatercapacity）；）；（g）饱和的导水率（）饱和的导水率（saturatedhydraulicconductivity）；）；（h）每层土壤中的粘粒、粉沙、沙粒、砾石含量；）每层土壤中的粘粒、粉沙、沙粒、砾石含量；（i）USLE方程中的土壤可蚀性方程中的土壤可蚀性K；（j）田间土壤反照率（）田间土壤反照率（albedo）；）；（k）初始）初始NO3聚集量。聚集量。将土壤图和子将土壤图和子将土壤图和子将土壤图和子流域图叠加运算，流域图叠加运算，流域图叠加运算，流域图叠加运算，经统计分析就可得经统计分析就可得经统计分析就可得经统计分析就可得到每个子流域内部到每个子流域内部到每个子流域内部到每个子流域内部土壤空间分布数据。土壤空间分布数据。土壤空间分布数据。土壤空间分布数据。同时建立了格网值同时建立了格网值同时建立了格网值同时建立了格网值和土壤类型对应表，和土壤类型对应表，和土壤类型对应表，和土壤类型对应表，将土壤空间分布和将土壤空间分布和将土壤空间分布和将土壤空间分布和土壤属性有机结合土壤属性有机结合土壤属性有机结合土壤属性有机结合在一起在一起在一起在一起。图图12 12 子流域内部土壤分布图子流域内部土壤分布图c.c.土壤类型的空间分布土壤类型的空间分布 5 5、植被生长参数化、植被生长参数化 6 6、池塘、池塘/湿地参数化湿地参数化 7 7、水库参数化、水库参数化 8 8、地下水参数化、地下水参数化9 9、城市参数化、城市参数化1010、水质参数化、水质参数化1111、耕作方式参数化、耕作方式参数化四、研究方法四、研究方法空间离散化方法研究空间离散化方法研究空间参数化方法研究空间参数化方法研究离散单元的自动赋值和空间模拟逐级集成离散单元的自动赋值和空间模拟逐级集成（三）（三）模型输入自动赋值研究模型输入自动赋值研究 SWATSWAT模模型型以以DOSDOS操操作作系系统统下下可可执执行行文文件件的的方方式式运运行行，需需要要先先生成特定格式的输入文件。生成特定格式的输入文件。（四）子域模拟结果的逐级空间集成（四）子域模拟结果的逐级空间集成 图图13整个流域划分成整个流域划分成102个子流域后，子流域之间的枝状空间组合关系图个子流域后，子流域之间的枝状空间组合关系图 五、五、结果分析结果分析SWAT模模型型可可以以按按照照设设定定的的时时段段和和时时间间间间隔隔输输出出水水文文响响应应单单元元、子子流流域域、整整个个流流域域的的模模拟拟结果。结果。我我们们在在四四个个尺尺度度下下，对对19912000年年潋潋水水流流域多种地理过程进行了模拟。域多种地理过程进行了模拟。（一）（一）SWATSWAT模型输模型输出的模拟结果出的模拟结果（1）按按月月输输出出的的潋潋水水河河流流域域某某些些地地理过程的模拟结果理过程的模拟结果右右图图为为2828个个子子流流域域，198个个水水文文响响应应单单元元离离散散下下，19912000年年潋潋水水河河流流域域某某些些地地理理过过程程10年年按按月月平平均均的的模拟结果。模拟结果。（2 2 2 2）按子流域输出的某些重要地理过程的模拟结果及空间变化分析）按子流域输出的某些重要地理过程的模拟结果及空间变化分析）按子流域输出的某些重要地理过程的模拟结果及空间变化分析）按子流域输出的某些重要地理过程的模拟结果及空间变化分析 （二）（二）模拟结果精度分析及校正模拟结果精度分析及校正 （1）产水量模拟精度分析）产水量模拟精度分析离散尺度离散尺度28个子流域个子流域198个个HRUs62个子流域个子流域399个个HRUs102个子流域个子流域649个个HRUs28个子流域个子流域314个个HRUs平均精度平均精度90.35%89.82%89.87%90.38%19912000月产水量观测值和模拟值对比月产水量观测值和模拟值对比10年月平均产水量精度分析年月平均产水量精度分析离散尺度离散尺度28个子流域个子流域198个个HRUs62个子流域个子流域399个个HRUs102个子流域个子流域649个个HRUs28个子流域个子流域314个个HRUs平均精度平均精度92.56%92.49%92.37%92.65%（2 2 2 2）校正后产沙量精度分析）校正后产沙量精度分析）校正后产沙量精度分析）校正后产沙量精度分析离散尺度离散尺度28个子流域个子流域198个个HRUs62个子流域个子流域399个个HRUs102个子流域个子流域649个个HRUs28个子流域个子流域314个个HRUs模拟精度模拟精度63.51%70.16%75.33%59.55%19912000月产沙量观测值和模拟值对比月产沙量观测值和模拟值对比产沙量月模拟精度分析产沙量月模拟精度分析离散尺度离散尺度28个子流域个子流域198个个HRUs62个子流域个子流域399个个HRUs102个子流域个子流域649个个HRUs28个子流域个子流域314个个HRUs平均精度平均精度56.23%38.11%39.67%36.17%空空间间尺尺度度的的变变化化，对对产产水水量量模模拟拟影影响响轻轻微微，对对产产沙沙量的模拟产生了较为显著的影响。量的模拟产生了较为显著的影响。年年径径流流模模拟拟和和月月径径流流模模拟拟都都达达到到了了较较高高的的精精度度，说说明明径径流流这这一一地地理理过过程程年年际际监监测测的的高高度度定定量量化化是是可可以以实实现现的的。同同径径流流模模拟拟相相比比，泥泥沙沙的的模模拟拟精精度度较较低低，尽尽管管如如此此，10年年泥泥沙沙平平均均模模拟拟精精度度最最高高也也达达到到了了75.33%。而而且且，无无论论从从年年际际对对比比还还是是从从年年内内对对比比，模模拟拟值值和和观观测测值值都都具具有有基基本本一一致致的的变变化化趋趋势势。这这也也说说明明，对对于于产产沙沙这这一一复复杂杂的地理过程，是完全可以实现定量化监测的。的地理过程，是完全可以实现定量化监测的。（3）分析）分析（三）（三）潋水流域水土流失空间分布潋水流域水土流失空间分布 图图14利用模拟结果生成的潋水河流域水土流失的空间分布图利用模拟结果生成的潋水河流域水土流失的空间分布图 按照水利部的标准，按照水利部的标准，潋水河流域内部潋水河流域内部68.89%的的面积（面积（399.8km2）属于微）属于微度侵蚀状况，度侵蚀状况，31.10%的面的面积（积（180.5km2）属于轻度）属于轻度侵蚀状况。轻度侵蚀以上侵蚀状况。轻度侵蚀以上面积为零。面积为零。从每个子流域产沙量从每个子流域产沙量的模拟值来看，潋水河流的模拟值来看，潋水河流域内部不同地域产沙特征域内部不同地域产沙特征存在着较大的空间差异，存在着较大的空间差异，同一产沙等级的子流域又同一产沙等级的子流域又具有一定的空间聚集性，具有一定的空间聚集性，人类活动对于产沙量的增人类活动对于产沙量的增加有着显著影响。总体来加有着显著影响。总体来看，经当地政府和老百姓看，经当地政府和老百姓多年的治理，水土流失状多年的治理，水土流失状况已经得到控制并向好的况已经得到控制并向好的方向转化。方向转化。六、后续工作六、后续工作流域系统氮磷迁移的过程、数量的计算机模拟流域系统氮磷迁移的过程、数量的计算机模拟流域尺度地理过程数学模型的分类、谱系化流域尺度地理过程数学模型的分类、谱系化流域地理过程模拟结果的三维可视化显示流域地理过程模拟结果的三维可视化显示（一）（一）流域系统氮磷迁移过程、数量的计算机模拟流域系统氮磷迁移过程、数量的计算机模拟1、问题的提出、问题的提出 土壤中的农用化合物（氮、磷、钾等养分和农药）在土壤中的农用化合物（氮、磷、钾等养分和农药）在雨滴打击和径流冲刷作用下，会随地表、地下径流迁移并雨滴打击和径流冲刷作用下，会随地表、地下径流迁移并随之汇入河流、湖泊、水库等水体，引起水体的富营养化随之汇入河流、湖泊、水库等水体，引起水体的富营养化或污染。这一问题，从农业生产角度，属或污染。这一问题，从农业生产角度，属养分流失及土壤养分流失及土壤生产力减退生产力减退；从环境角度而言，属；从环境角度而言，属农业非点源污染农业非点源污染。农业非点源污染是引起农业生产力水平低下、水体污农业非点源污染是引起农业生产力水平低下、水体污染及富营养化的重要原因，而引起这些问题中起关键作用染及富营养化的重要原因，而引起这些问题中起关键作用的负荷元素就是径流中的氮和磷。的负荷元素就是径流中的氮和磷。流域土壤及农田系统中氮磷迁移的过程和数量研究，流域土壤及农田系统中氮磷迁移的过程和数量研究，是农业非点源污染控制的核心内容，引起了国内外广泛的是农业非点源污染控制的核心内容，引起了国内外广泛的重视，已成为前沿研究课题之一。重视，已成为前沿研究课题之一。2 2、研究目标、研究目标 在在遥遥感感和和GISGIS技技术术辅辅助助下下，从从时时、空空两两个个方方面面，利利用用数数学学模模型型对对研研究究区区江江西西兴兴国国潋潋水水流流域域氮氮磷磷迁迁移移的的过过程程和和数数量量进进行行计计算机模拟，并进行对策调控研究算机模拟，并进行对策调控研究3 3、主要研究内容、主要研究内容江西省兴国县潋水河流域土地利用的时空变化江西省兴国县潋水河流域土地利用的时空变化 潋水河流域土壤的空间分布以及土壤氮磷含量的空潋水河流域土壤的空间分布以及土壤氮磷含量的空间变异间变异 GISGIS辅助下分布式流域建模的理论和方法研究辅助下分布式流域建模的理论和方法研究 模型机理及过程联接理论和方法研究模型机理及过程联接理论和方法研究 空间离散化和空间参数化方法的研究和改进空间离散化和空间参数化方法的研究和改进潋水河流域氮磷迁移模拟预测的验证潋水河流域氮磷迁移模拟预测的验证 潋水河流域氮磷迁移的时空变化、环境风险及其调潋水河流域氮磷迁移的时空变化、环境风险及其调控控 1993土地利用土地利用2000土地利用土地利用4 4、潋水河流域土地利用的时空变化、潋水河流域土地利用的时空变化5 5、潋水河流域土壤的空间分布以及采样、潋水河流域土壤的空间分布以及采样6 6、潋水河流域氮磷迁移模拟预测的验证、潋水河流域氮磷迁移模拟预测的验证 在在潋潋水水河河流流域域的的出出口口，定定期期采采集集水水样样和和径径流流泥泥沙沙样样品品，酸酸化化后后储储藏藏在在冰冰箱箱中中，定定期期送送回回南南京京土土壤壤研研究究所所测测定定水水样样中中的的全全氮氮、硝硝态态氮氮、氨氨态态氮氮、全全磷磷，测测定定径径流流泥泥沙沙中中的的全全氮氮、全全磷磷、速速效效氮氮、速速效效磷磷（有有机机质质、全全钾钾、速速效效钾钾），利利用用实实际际测测定值验证模型的模拟值。定值验证模型的模拟值。（二）（二）流域尺度地理过程数学模型的分类、谱系化流域尺度地理过程数学模型的分类、谱系化 进行大规模的地理模型搜集、分类、整理工作，进行大规模的地理模型搜集、分类、整理工作，查明众多模型间内在的上下左右联系和层次关系，查明众多模型间内在的上下左右联系和层次关系，形成树状模型体系图解，完成流域水土资源模型集。形成树状模型体系图解，完成流域水土资源模型集。在模型收集工作基础上，进行模型筛选，研究子过在模型收集工作基础上，进行模型筛选，研究子过程耦合机理，对程耦合机理，对SWAT模型进行修改和扩充。模型进行修改和扩充。（三）流域地理过程模拟结果的三维可视化显示（三）流域地理过程模拟结果的三维可视化显示 利用利用DEM、遥感卫星图像、数字土壤图（分层）、遥感卫星图像、数字土壤图（分层）、流域河网等基础地理数据，首先构建一个三维的虚拟流域河网等基础地理数据，首先构建一个三维的虚拟数字流域环境，在这个数字环境中，通过编写接口程数字流域环境，在这个数字环境中，通过编写接口程序读入序读入SWAT模型的模拟结果，并把模拟结果（地表、模型的模拟结果，并把模拟结果（地表、土壤层、地下水、河道）以三维或多维可视化方式动土壤层、地下水、河道）以三维或多维可视化方式动态表现出来。通过这种方式可以再现各种地理环境；态表现出来。通过这种方式可以再现各种地理环境；模拟地理过程发生、发展的动态演化。模拟地理过程发生、发展的动态演化。