印度中央邦贾巴尔普尔古尔河流域地理信息系统的计量分析
Shailesh Kumar Sharma1Sarita Gajbhiye Meshram2，3＊Rupesh Jairam Patil4和Sanjay Tignath5
1JNKVV农业工程学院水土工程系，Jabalpur, M.P.印度
2印度理工学院水资源开发与管理系，印度北阿坎德邦鲁尔基247667
3.印度北方邦阿拉哈巴德阿拉哈巴德大学K. Banerjee大气与海洋研究中心
4英国剑桥大学斯科菲尔德中心工程系
5印度贾巴尔普尔政府科学学院地质系
http://dx.doi.org/10.12944/CWE.11.1.07
流域的假设分析揭示了流域的地质阶段，是衡量流域成熟度的指标，表明了流域对侵蚀的敏感性。本研究以位于中央邦贾巴尔普尔地区的古尔河支流胡尔吉纳拉和达拉纳拉流域为个案研究区。利用Arc GIS生成的数字等高线图，将流域划分为子流域，并对各子流域进行剖分分析。胡尔吉那拉和达拉那拉子流域的拟合积分值表明，胡尔吉那拉子流域2和达拉那拉子流域7应优先考虑水土保持。
色分析;分水岭;地理信息系统
复制下面引用这篇文章:
沙玛S. K, Meshram S. G, Patil R. J, Tignath S.基于地理信息系统的Gour河流域计量分析。贾巴尔普尔，印度中央邦。当代世界环境2016;11(1)DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.11.1.07
复制以下内容引用此URL:
沙玛S. K, Meshram S. G, Patil R. J, Tignath S.基于地理信息系统的Gour河流域计量分析。贾巴尔普尔，印度中央邦。生态学报，2016;11(1)。可以从://www.a-i-l-s-a.com/?p=13972
介绍
分水岭是所有沉淀的水都流向一个共同出水口的区域。换句话说，流域是一个地理动态单元，它涵盖了所有将径流输送到一个共同出口的土地。1，2持续增长的人口压力导致可用的土地和水资源稀缺。3.有许多定量分析方法用于计算流域地形;这种分析可以从单个流域扩展到整个国家。如果没有合适的技术，比较不同流域的结果将是困难的。拟合积分法和拟合曲线法是分析流域地形的最佳方法。4假设分析是流域横向断面面积与高程的关系。5、6、7自然，假设分析已被用于区分不同阶段的侵蚀地貌在其演变8，9建议假说可以反映构造和侵蚀的相互作用，并可以提供一个有价值的地貌指标，以限制这些过程的相对重要性。低强度测量可以定量地表示为一个称为低强度测量积分(HI)的积分。HI表示低垂曲线下的面积。8通过对大量流域的分析，解释了低洼曲线的形态，并将流域划分为青年盆地(向上凸起的曲线)、成熟盆地(高海拔向上凹、低海拔向下凸的s型曲线)和准平原或扭曲盆地(向上凹的曲线)。假设积分有助于解释在流域健康期间在流域发生的侵蚀。10假设积分值可以作为流域侵蚀状况的估计值，从而确定流域水土保持措施的优先级。11近年来遥感技术和地理信息系统(GIS)的发展已成为提供流域各方面准确、及时和实时信息的重要手段。12、13、14、15、16、17、18、19日,20日,21日,22日,23日,24日,25日,26日,27日28由于估算涉及的数据采集和分析过程繁琐，目前还缺乏针对像贵河这样的小河流流域的基于假设分析的流域健康分析研究。然而，由于遥感数据(包括衍生的数字高程模型)和开源GIS工具的出现，估算过程变得比传统方法更容易。考虑到上述情况，本研究在Gourriver的两个流域进行，以确定其子流域的水土保持优先级。
材料与方法
在目前的研究中，两个流域被命名为胡尔吉纳拉和达拉纳拉流域，它们是位于中央邦贾巴尔普尔地区的古尔河的支流。研究区域面积为62.7 km2位于东经79°58 ' 6.72"和80°4 ' 59.10"之间，北纬23°1 ' 46.15"和23°6 ' 25.03"之间，海拔范围从MSL(平均海平面)以上400米至560米。研究区域位置图如图1所示。年平均降雨量1150毫米，主要集中在6月中旬至9月中旬，12月下旬和1月有零星的冬雨。
 |
|
为了编制库尔吉纳拉和达拉纳拉流域的底图，使用了1:5万比例尺的55 M/16和64 A/4地形图。利用ArcGIS对等高线和排水网络进行数字化，然后生成数字高程模型(DEM)。此外，胡尔吉纳拉和达拉那两个流域分别划分为5个和7个子流域。数字等高线地图用于生成相对面积和高程范围所需的数据。以垂直边与流经河口的水平基准面为界的流域为例，相对高度“y”为河口基准面以上等高线高度(h)与参考同一基准面(h)的流域总高度之比。相对面积“x”是盆地内给定轮廓线之间的面积“a”与盆地总面积“a”的比值。两个流域的相对高度和相对面积值如表1A、1B、1C、1D、1E所示，如表2A、2B、2C、2D、2E、2F、2G所示。
计算的相对高度和面积值
表1a:分分水岭1(库尔吉那拉)
轮廓 |
面积(a)公里2 |
相对面积(a/ a) |
等高线高度(h)m |
相对缓解(h / h) |
560 |
0.085 |
0.078 |
142 |
0.95 |
540 |
0.039 |
0.114 |
122 |
0.82 |
520 |
0.022 |
0.135 |
102 |
0.68 |
500 |
0.023 |
0.156 |
82 |
0．55 |
480 |
0.022 |
0.177 |
62 |
0.41 |
460 |
0.019 |
0.195 |
42 |
0.28 |
440 |
0.163 |
0.346 |
22 |
0.14 |
420 |
0.708 |
0.99 |
2 |
0.013 |
表1b:小流域2(库尔吉那拉)
轮廓 |
面积(a)公里2 |
相对面积(a/ a) |
等高线高度(h)m |
相对缓解(h / h) |
440 |
0.163 |
0.083 |
45 |
0.818 |
420 |
1.78 |
0.96 |
25 |
0.454 |
400 |
0.0026 |
0.99 |
5 |
0.09 |
表1c:小流域3(库尔吉那拉)
轮廓 |
面积(a)公里2 |
相对面积(a/ a) |
等高线高度(h)m |
相对缓解(h / h) |
560 |
0.03 |
0.0114 |
146 |
0.966 |
540 |
0.14 |
0.057 |
126 |
0.834 |
520 |
0.18 |
0.113 |
106 |
0.701 |
500 |
0.13 |
0.155 |
86 |
0.569 |
480 |
0.132 |
0.196 |
66 |
0.437 |
460 |
0.22 |
0.265 |
46 |
0.304 |
440 |
1.27 |
0.658 |
26 |
0.172 |
420 |
1.11 |
0.99 |
6 |
0.03 |
表1d:分流域4(库尔吉那拉)
轮廓 |
面积(a)公里2 |
相对面积(a/ a) |
等高线高度(h)m |
相对缓解(h / h) |
560 |
0.41 |
0.21 |
148 |
0.93 |
540 |
0.04 |
0.23 |
128 |
0.81 |
520 |
0.043 |
0.26 |
108 |
0.68 |
500 |
0.048 |
0.28 |
88 |
0．55 |
480 |
0.049 |
0.3 |
68 |
0.43 |
460 |
0.044 |
0.33 |
48 |
0.30 |
440 |
0．25 |
0.47 |
28 |
0.17 |
420 |
0.99 |
099 |
8 |
0.05 |
表1e:小流域5(库尔吉那拉)
轮廓 |
面积(a)公里2 |
相对面积(a/ a) |
等高线高度(h)m |
相对缓解(h / h) |
560 |
0.033 |
0.002 |
164 |
0.97 |
540 |
0.012 |
0．003 |
144 |
0.85 |
520 |
0.013 |
0.005 |
124 |
0.733 |
500 |
0.016 |
0.006 |
104 |
0.615 |
480 |
0.012 |
0.007 |
84 |
0.497 |
460 |
0.014 |
0.008 |
64 |
0.378 |
440 |
0.171 |
0．02 |
44 |
0.26 |
420 |
3.345 |
0.30 |
24 |
0.142 |
400 |
8.22 |
0.99 |
4 |
0.023 |
表2a:小流域1(达拉那拉)
轮廓 |
面积(a)公里2 |
相对面积(a/ a) |
等高线高度(h)m |
相对缓解(h / h) |
560 |
0.0276 |
0.0071 |
164 |
0.970 |
540 |
0.096 |
0.032 |
144 |
0.852 |
520 |
0.1874 |
0.080 |
124 |
0.733 |
500 |
0.0923 |
0.104 |
104 |
0.615 |
480 |
0.1277 |
0.137 |
84 |
0.497 |
460 |
0.1872 |
0.186 |
68 |
0.378 |
440 |
0.7409 |
0.378 |
44 |
0.260 |
420 |
2.2059 |
0.951 |
24 |
0.142 |
400 |
0.1861 |
0.99 |
4 |
0．02 |
表2b:小流域2 (Dala Nala)
轮廓 |
面积(a)公里2 |
相对面积(a/ a) |
等高线高度(h)m |
相对缓解(h / h) |
460 |
0.013 |
0.009 |
64 |
0.842 |
440 |
0.083 |
0.066 |
44 |
0.578 |
420 |
0.784 |
0.6015 |
24 |
0.315 |
400 |
0.584 |
0.99 |
4 |
0.052 |
表2c:小流域3 (Dala Nala)
轮廓 |
面积(a)公里2 |
相对面积(a/ a) |
等高线高度(h)m |
相对缓解(h / h) |
560 |
0.08 |
0.010 |
162 |
0.975 |
540 |
0.134 |
0.026 |
142 |
0.855 |
520 |
0.379 |
0.077 |
122 |
0.734 |
500 |
0.218 |
0.101 |
102 |
0.614 |
480 |
0.266 |
0.134 |
82 |
0.493 |
460 |
0.2523 |
0.165 |
62 |
0.373 |
440 |
0.605 |
0.241 |
42 |
0.253 |
420 |
1.710 |
0.453 |
22 |
0.135 |
400 |
4.388 |
0.99 |
2 |
0.012 |
表2d:小流域4 (Dala Nala)
轮廓 |
面积(a)公里2 |
相对面积(a/ a) |
等高线高度(h)m |
相对缓解(h / h) |
440 |
0.019 |
0．004 |
43 |
0.934 |
420 |
0.164 |
0.042 |
23 |
0.5 |
400 |
4.119 |
0.99 |
3. |
0.065 |
表2e:小流域5(达拉那拉)
轮廓 |
面积(a)公里2 |
相对面积(a/ a) |
等高线高度(h)m |
相对缓解(h / h) |
560 |
0.0154 |
0.0045 |
166 |
0.976 |
540 |
0.0194 |
0.0102 |
146 |
0.858 |
520 |
0.0156 |
0.0148 |
126 |
0.741 |
500 |
0.0299 |
0.0236 |
106 |
0.623 |
480 |
0.0789 |
0.0470 |
86 |
0.505 |
460 |
0.1529 |
0.0922 |
66 |
0.388 |
440 |
0.1799 |
0.145 |
46 |
0.270 |
420 |
0.650 |
0.3377 |
26 |
0.152 |
400 |
2.2385 |
0.99 |
6 |
0.035 |
表2f:小流域6 (Dala Nala)
轮廓 |
面积(a)公里2 |
相对面积(a/ a) |
等高线高度(h)m |
相对缓解(h / h) |
480 |
0.0047 |
0.002 |
85 |
0.894 |
460 |
0.077 |
0.045 |
65 |
0.684 |
440 |
0.057 |
0.077 |
45 |
0.473 |
420 |
0.192 |
0.185 |
25 |
0.263 |
400 |
1.457 |
0.99 |
5 |
0.052 |
表2g:小流域7(Dala Nala)
轮廓 |
面积(a)公里2 |
相对面积(a/ a) |
等高线高度(h)m |
相对缓解(h / h) |
420 |
0.26 |
0.013 |
24 |
0.827 |
400 |
19.62 |
0.99 |
4 |
0.137 |
半对称积分的估计(Hi)
采用提出的高程起伏比法对拟测积分(HI)进行估计。29关系表示为:
式中，E为高程起伏比，等于半对称积分HI的意思是是根据划定的流域的可识别轮廓估计的流域加权平均高程;海拔高度马克斯和海拔高度最小值是流域内的最高和最低海拔。半对称积分以百分比单位表示。
流域的优先次序
流域优先排序是指对流域内不同地区采取适宜土壤保持措施的先后顺序进行排序。确定流域的优先次序和制定适当的流域管理方案以促进可持续发展，需要有关流域产沙量的信息。由于侵蚀所涉及的变量的复杂性，对侵蚀进行精确的测量或预测变得十分困难。遥感技术和地理信息系统(GIS)的最新进展为测量、识别、分类和监测几种形式的地球资源提供了非常有用的方法。由于各种原因，一个特定的子分水岭可能会得到最优先考虑，但通常;以土地退化的强度作为优先排序的依据。
在未进行评估或评估不充分的情况下，确定流域的优先次序就会出现问题。因此，采用假设分析对这些流域进行优先排序。
在假设积分(hypsometric integral, HI)的基础上，采用Miller(1953)推荐的阈值限值来确定流域的阶段:
- 当HI≥0.6时，流域处于青年期。
- 当0.35≤HI< 0.6时，流域处于平衡阶段。
- 当HI< 0.35时，流域处于成熟(老)期。
与平衡期或成熟期相比，年轻期流域更容易发生侵蚀。因此，根据HI值对流域进行了优先排序。
结果与讨论
色积分
KhurjiNala和Dala Nala流域子流域的Pike和Wilson方法得到的Hypsometric积分(HI)值如表3所示。胡尔吉纳拉河流域的HI值在0.2到0.5之间，而达拉纳拉河流域的HI值在0.12到0.55之间。
表3胡尔吉纳拉和达拉那拉流域子流域的拟合积分值
子流域 |
色积分 |
地质阶段 |
A.库尔吉纳拉分分水岭 |
||
1 |
0.21 |
成熟的 |
2 |
0.5 |
平衡 |
3. |
0.3 |
成熟的 |
4 |
0.31 |
成熟的 |
5 |
0．2 |
成熟的(旧) |
B.达拉那亚流域 |
||
1 |
0.36 |
平衡 |
2 |
0.48 |
平衡 |
3. |
0.28 |
成熟的 |
4 |
0.12 |
成熟的(旧) |
5 |
0.24 |
成熟的 |
6 |
0.33 |
晚成熟 |
7 |
0．55 |
青年晚期或均衡 |
基于次对称积分的子流域优先排序
地表径流和泥沙损失是流域系统降雨事件的两个重要水文响应。假设积分值可以作为流域系统侵蚀的间接估计。11从HI值(表3)可以看出，两个流域的子流域都处于年轻化后期或平衡期和成熟期，并向透平期或退化期移动。这表明，流域土壤侵蚀主要来源于河床的切割、表层土和底质的下坡运动、土体的冲蚀和河岸的切割。这种地貌形态也反映在研究区不同的子流域中。研究区的地形特征表明，由于河流的切入，该区的景观呈凹形。通过对不同阶段降水积分值的比较，库久里那拉流域2子流域和大拉那拉流域1、2、7子流域处于平衡或青年后期。在均衡阶段，流域仍处于开发阶段。his值越高，表明该流域构造活跃，易发生侵蚀。KhajuriNala的1、3、4、5分流域和Dala Nala的3、4、5、6分流域均处于成熟或年老阶段。成熟或老阶段特别发生，当从突出的山上发现孤立的抗岩体在较低的表面上，并由偏移的下斜曲线表示。hisr值越低，表明该流域构造活动不活跃，不易发生侵蚀。据了解，达到成熟阶段的流域水文响应将具有缓慢的侵蚀速率。31因此，子流域的拟合积分值有助于流域的优先排序。对于子流域的优先级，在胡尔吉纳拉流域，子流域2的优先级为0.5，子流域4的优先级为0.31，随后两个流域的其他子流域被优先考虑。在达拉那拉流域，第七子流域是第一优先，第二子流域是第二优先，以此类推。表4给出了胡尔吉那拉和达拉那拉流域子流域的优先顺序。
表4:胡尔吉纳拉和达拉纳拉流域分流域的优先顺序
分水岭 |
色积分 |
优先级 |
A.库尔吉纳拉亚流域 |
||
1 |
0.21 |
4 |
2 |
0.5 |
1 |
3. |
0.3 |
3. |
4 |
0.31 |
2 |
5 |
0．2 |
5 |
B.达拉那拉子流域 |
||
1 |
0.36 |
3. |
2 |
0.48 |
2 |
3. |
0.28 |
5 |
4 |
0.12 |
7 |
5 |
0.24 |
6 |
6 |
0.33 |
4 |
7 |
0．55 |
1 |
结论
分水岭的假设分析表达了剥蚀过程的复杂性和形态变化的速度。因此，了解流域侵蚀状况，优先采取水土保持措施具有重要意义。假设分析结果表明，与研究的其他小流域相比，KhajuriNala小流域2和Dala Nala小流域7更容易发生侵蚀，因此需要在这些小流域的适当位置优先建设水土保持结构，以阻止泥沙外流和保水。
参考文献
- Sharma, S.K. Mishra, N.， Gupta, A.，使用GIS技术的UttalaNala流域形态计量学分析。Sci-fronts,(1): 178 - 185,(2007)。
- 李建军，李建军，李建军，李建军，基于主成分分析的流域水文模拟研究。应用水科学，5(1)，89-96，(2015a)。
CrossRef - Sharma, s.k.， Kujur, s.s, Suriya, s.s，基于GIS的Sarphanala流域形态计量分析。地理观察，37:50-54，(2007b)。
- Ramu, Mahalingam, B.，基于地理信息系统的印度卡纳特邦流域地形特征。纽约科学杂志，5(12):156-158，(2012)。
- 夏立文，李建军，李建军，李建军。基于地理信息系统的流域特征分析。光子学报，44(1):97-100，(2010)。
- 夏尔玛，s.k.， Seth, n.k.， Tignath, S.， Pandey, r.p.，地理信息系统在流域计量分析中的应用。[j] .中国给水排水，2011,31(3):28-32，(2011)。
- 张建军，张建军，张建军，张建军，张建军。基于地理信息系统的流域生态系统特征分析。遥感与地球科学，2(3):30-35，(2013)。
- Strahler，侵蚀地形的等高(面积-高度)分析。地质学报，63(3):1177 -1142，(2002)。
CrossRef - 魏泽尔，j.k.， Pratson, l.f.， Malinverno, A.，地形的长度尺度特性。地球物理学报，33(4):998 - 998。
CrossRef - Sivakumar, V.， Biju, C.， Deshmukh, B.，印度泰米尔纳德邦Harur Taluk Dharmapuri地区Varattaru河流域基于地理信息技术的假设分析。[J] .地球物理与地球科学，2 (1):241-247，(2011).]
- Singh, O.， Sarangi, A.， Sharma, M.C.，《喜马拉雅小流域西北侵蚀状况的假设积分估算方法及其相关性》。水资源管理，22(2):1545-1560，(2008)。
CrossRef - 张建军，张建军，张建军，张建军。基于GIS的流域形态计量分析。光子学报，42(1):91-95，(2008)。
- Sharma, s.k.， Seth, n.k.， Tignath, S.， Shukla, J.P，基于遥感和GIS技术的古苏尔河土地利用/土地覆盖制图。[j] .光子学报，45(1):125-128，(2011)。
- 沙玛，s.k.， Pathak, R.， Suraiya, S.，基于遥感和GIS技术形态计量分析的子流域优先排序。光子学报，46(3):407-413，(2012)。
- 李建军，李建军，李建军，基于遥感数据的土地利用和土地覆被变化遥感研究。地球物理学报，30(1)，389 - 396，(2012)。
CrossRef - 李建军，李建军，李建军，基于GIS的流域径流估算方法研究。ieee -工程科学与管理进展国际会议(ICAESM -2012)Nagapattinam, Tamil Nadu, March 30-31, pp 346-352, ISBN: 978-81-909042-2-3，(2012)。
CrossRef - 李建军，张建军，张建军。基于形态计量参数的流域优先排序方法。应用水科学，pp 1-15, DOI: 10.1007/s13201-015-0332-9， (2015b)。
CrossRef - 李建军，李建军，李建军，等。考虑CN参数的简化泥沙产沙指数模型。地球科学，8 (4)，1993-2004，(2015b)。
- 李建军，李建军，李建军，李建军。基于gis的流域侵蚀指数研究[j]。印度地质学报，86 (3)，361-370，(2015e)。
- 基于RS和GIS的Shakkar河流域形态计量学分析。国际信息科技学报，8(2)，11-24，(2015)。
- 李建军，陆海涛，基于遥感和地理信息系统的地表径流估算。电子政务学报，8 (4)，118-122，(2015b)。
- Meshram,密度李建军，李建军，李建军，李建军。遥感与地理信息系统在径流曲线数生成中的应用。应用水科学，pp 1-7, DOI: 1007/s13201-015-0350-7， (2015f)。
CrossRef - Gajbhiye，“基于RS和GIS的降雨径流估算”，德国LAMBERT学术出版社，ISBN 978-3-659-61084-4，(2014)。
CrossRef - Gajbhiye, S, Mishra, s.k.， Pandey, A，通过形态计量分析优先考虑侵蚀易发区域:RS和GIS的视角。应用水科学，4(1)，51-61，(2014b)。
CrossRef - 陈建军，陈建军，陈建军，张建军，张建军，张建军，张建军。基于地理信息系统的沙卡河流域地理特征分析。印度地质学报，84(2)，192-196，(2014)。
- 李建军，李建军，李建军。基于GIS和RS的流域产沙指数优选。国际信息科技学报，7(6)，47-60，(2014)。
- 李建军，李建军，李建军，李建军，李建军。基于遥感和GIS技术的沙克卡河流域形态计量分析。机械科学与工程新兴技术杂志。4(2)， 129-142，(2013)。
- 李建军，李建军，李建军，等。流域径流曲线数的季节/月变化研究。环境科学学报，3(6)，2019-2030，(2013c)。
- 张志强，高程起伏比拟合积分与地貌面积高度分析。地质学报，32(2):1079-1084，(1971)。
CrossRef - Miller, v.c.，弗吉尼亚州和田纳西州克林奇山区流域特征的定量地形学研究:脐带研究办公室389-042技术报告号。330页，(1953)。
- 里特，d.f.，柯切尔，r.c.，米勒，j.r.，过程地貌学。麦克劳希尔，波士顿，(2002)。
