基于DEM的黄土高原流域地貌分形计算软件开发及应用研究.docx

基于DEM的黄土高原流域地貌分形计算软件开发及应用研究
摘要：
黄土高原是中国重要的地貌类型之一，其复杂的地形形态与地貌特征对于区域的水文特征及水资源的分布和利用具有重要的影响。针对黄土高原流域的地貌特征及其对水文和水资源的影响，本文设计了一款基于DEM的黄土高原流域地貌分形计算软件，并对其进行开发和应用研究。该软件采用分形理论和GIS技术，并结合MATLAB和ArcGIS进行开发，可以计算流域地貌的分形维数、水文参数和水资源分布及利用情况等。同时，通过实例的分析与讨论，验证了该软件的稳定性和适用性，为高原水文研究提供了新的工具和方法。
关键词：黄土高原；流域地貌；分形理论；DEM；计算软件
Abstract：
TheYellowRiverBasinisanimportantgeomorphictypeinChina,anditscomplexterrainformsandgeomorphicfeatureshavesignificanteffectsonthehydrologicalcharacteristics,andthedistributionandutilizationofwaterresourcesintheregion.InviewofthegeomorphicfeaturesoftheYellowRiverBasinanditsimpactonhydrologyandwaterresources,thispaperdesignsaDEM-basedsoftwareforfractalcalculationoftheYellowRiverBasintopography,andconductsresearchonitsdevelopmentandapplication.ThesoftwareusesfractaltheoryandGIStechnology,andisdevelopedwiththehelpofMATLABandArcGIS.Itcancalculatethefractaldimension,hydrologicalparameters,andthedistributionandutilizationofwaterresourcesinthebasin.Atthesametime,throughtheanalysisanddiscussionofexamples,thestabilityandapplicabilityofthesoftwareareverified,providingnewtoolsandmethodsforplateauhydrologicalresearch.
Keywords:YellowRiverBasin;BasinTopography;FractalTheory;DEM;CalculationSoftware
一、绪论
黄土高原是中国重要的地貌类型之一，其地貌分形特征与地形形态对于区域的水文特征及水资源的分布和利用具有重要的影响。地貌分形理论是近年来发展起来的一种研究自然地理学的重要理论，其可以用改变分形维数描述地形形态的分形特征并与水文过程相联系，进而探究地表水（特别是地下水）的动态变化及水循环规律，为区域水资源的合理开发和利用提供可靠依据。由此，本文设计了一款基于DEM的黄土高原流域地貌分形计算软件，并对其进行开发与应用研究，以期为黄土高原地貌特征与水文过程研究提供新的思路和技术支持。
二、软件开发流程
本文基于MATLAB和ArcGIS程序对黄土高原流域地貌分形计算软件进行开发，其主要步骤如下：
1.数据采集与预处理
本软件以DEM数据作为地形高程数据，并进行相关的预处理工作，如填坑、平滑等，以提高DEM数据的质量和精度。
2.分形维数计算
本软件采用基于量纲分析和多重细分技术的分形维数计算方法，可以计算灰度维数、盒维数、标度律斜率等不同维数下地貌分形特征，并通过MATLAB程序实现。
3.水文参数计算
本软件采用统计研究方法，以DEM数据为依据，通过GIS技术计算流域面积、坡度、高程等水文参数，并进行统计分析，以获取流域水文特征。
4.水资源分析
本软件依据分形维数和水文参数计算结果，结合GIS技术定量分析流域内地下水与地表水资源分布及利用情况，并进一步探讨地表水水文过程、地下水动态变化与流域尺度下水文过程等方面的研究问题。
三、实例分析
本文选取黄土高原某流域作为实例进行分析。首先，在MATLAB程序中进行分形维数计算，此处以盒维数为例，通过程序得到流域内盒维数分别为1.386、1.554、1.618。然后，在ArcGIS程序中进行水文参数计算，以某点为起点，确定500m范围内流域总面积、坡度、高程等参数，进一步通过GIS技术可视化地生成从河道到山高高度的Qu