Моделирование речной сети на основе двухпараметрической модели и регионального обобщения параметров (на примере черноморского побережья Кавказа)

Abstract

Translate Article

Take Notes

Гидрологические модели — ключевой инструмент исследования процессов приземного влагооборота в условиях изменчивого климата и ограниченности данных наблюдений. Развитие гидрологического моделирования требует комплексного расширения как его теоретических основ, так и информационного обеспечения, перспективы которого, в частности, связаны с развитием структурно-гидрографического анализа речных систем. В рамках этого направления важной задачей является развитие методов и технологии моделирования речной сети на основе цифровых моделей рельефа. Рассматривается возможность построения региональной модели речной сети, в том числе для неизученных бассейнов, с помощью современных методов и технологий структурно-гидрографического анализа речных систем. Моделирование выполнялось на основе ЦМР FABDEM в среде ArcMap 10.8.2, с использованием авторского инструмента-надстройки для среды ArcGIS Desktop, реализующего единый алгоритм определения истоков водотоков и построения речной сети на основе подбора порогового значения функции инициации (критериального индекса). В данном исследовании применена модель с двумя калибруемыми параметрами для решения проблемы «коротких» притоков при моделировании речной сети. На примере черноморского побережья Кавказа показаны возможности моделирования речной сети с двумя параметрами при использовании различных вариантов функций инициации, с помощью метода ранжирования выбраны наилучшие из них. Проанализированы различия в моделировании речных сетей в бассейнах с различными высотными характеристиками, показано преимущество комплексного энергетического индекса (CEI) для моделирования речной сети в средне- и низкогорных областях. Показана возможность моделирования речных сетей на основе региональных обобщений параметров модели. Modern enhancement of hydrological models, which are key tools for studying near-surface moisture circulation processes, under conditions of a variable climate, complex terrain geometry, and limited observational data, requires a comprehensive expansion of both theoretical and informational foundations. The most significant research task is the holistic development of methods and technologies for analyzing the structure of river systems and the morphology of their basins. The goal and foundation of the research is the development of methods and technologies for modeling river networks based on digital elevation models (DEMs). The study examines the possibility of constructing a regional river network model, including for unstudied basins, using modern methods and technologies of structural-hydrographic analysis of river systems. Modeling was performed using the FABDEM DEM in the ArcMap 10.8.2 environment, using a custom add-in tool for the ArcGIS Desktop environment that implements a unified algorithm for determining stream sources and constructing river networks based on selecting a threshold value of the initiation function (criterion index). In this study, a model with two calibrated parameters was applied to address the problem of "short" tributaries in river network modeling. Using the example of the Black Sea coast of the Caucasus, the capabilities of modeling a river network with two parameters were demonstrated using various options for initiation functions, and the most suitable ones were selected using a ranking method. Differences in river network modeling in basins with varying elevation characteristics were analyzed, and the advantage of the comprehensive energy index (CEI) for modeling river networks in mid- and low-mountain areas was shown. The feasibility of modeling river networks based on regional generalizations of model parameters was demonstrated.