数字流域模型关键技术研究

数字流域模型定位于大范围、全流域级的水文过程模拟,是一个具有多层空间分辨率的、模型参数可以容易获取的、能够实现并行计算的全流域级整体模型。数字流域模型的建立需要解决5项关键技术问题,即大流域DEM数据存取技术、流域沟道参数提取技术、基于遥感图像的模型参数提取技术、分布式降雨量数据存取技术、计算机集群并行计算技术。在黄河数字流域模型的建设实践中,提出了5项关键技术问题的解决方法：用分块技术解决大流域DEM数据的存取问题,用TOPAZ模块提取流域沟道参数,用遥感图像提取模型分布式参数,用雨量站插值技术存取面雨量序列,用计算机并行计算技术打破大流域整体模型的计算瓶颈。     

数字流域构建关键技术研究

数字流域的总体结构可分为数据层、模型层和应用层。数据层主要基于“3S”技术、虚拟现实技术、通讯网络技术、数据库模型库技术、决策支持等关键技术;模型层中对分布式模型的研究较多,基于数字高程模型提取河网的技术已经比较成熟;应用层的研究目前主要是提供数据服务以及一些专题的决策支持服务。     

黄河数字流域模型

黄河数字流域模型是“数字黄河”的重要组成部分,可以理解为“数字流域 流域水沙、水质模型”。文中在数字流域模型框架下,以坡面为基本单元,建立具有多层结构的产流模型;在坡面产流的基础上,建立坡面产沙数学模型。进而以流域分级理论为依据,将坡面、小流域、区域、全流域四个层次的模型整合成一个完整的流域整体模型。文中提出了不同层次模型之间的联系途径和整合方法,探讨了模型框架、参数提取、模型计算原理方面的技术问题。应用建立的模型,给出了四个计算实例:黄河全流域水量计算、小花间汛期洪水模拟、多沙粗沙区产沙计算和岔巴沟淤地坝规划。实践表明:建立的模型基本具备了在黄河全流域进行降雨—径流模拟、侵蚀产沙计算和进行淤地坝规划的功能,辅以降雨预报模块则可进行洪水预报。     

分布式水文模型与网络GIS技术集成的研究

分布式水文模型是目前流域模型方面的研究热点。为此,将分布式水文模型与网络GIS技术相集成,探讨了分布式水文模型在网络GIS框架下的数据存储、物理实现和消息通信方式,设计了完整的分布式水文模型与网络GIS框架集成方案,并根据集成方案实现了CREST模型的网络计算服务实例。实例结果表明,分布式水文模型与网络GIS技术集成具有良好的应用效果,能够拓展分布式水文模型的应用范围。     

分布式水文模型中多源数据的应用

长江为中国的第一大河流，全长6300km，呈东西长、南北短的狭长形；流域地形复杂，地区气候差异明显；流域内降水充沛，但分布很不均匀；中下游水系复杂，洪水威胁十分严重，洪灾频繁。2002～2004年长江水利委员会与瑞士政府合作开展“长江防洪预报援助项目”，引进分布式水文模型PREVAH和遥感、地理信息系统等，开展了基于遥感、地理信息系统的分布式水文模型在长江三峡地区的试验研究。以PREVAH为例，简单介绍了该模型的基本框架，重点介绍了分布式水文模型对空间数据、气象数据、水文数据等多元信息的应用，对提高水文模型中多元数据应用水平、改善预报精度具有较大的借鉴和参考价值。     

数字流域架构与软件体系研究

数字流域是一个以流域地理空间信息为基础,融合流域各种相关信息的数字化系统平台。数字流域是流域现代化管理的重要技术手段,是我国流域管理的发展方向。数字流域的总体框架分为数据层、模型层、应用与综合决策层和用户层。根据数字流域系统特点,可以设计正交软件体系、三层C/S、C/S和B/S混合软件体系等3种数字流域软件结构。     

卫星通导遥技术在数字孪生流域建设应用潜力与初探

基于通信、导航、遥感(简称“通导遥”)卫星平台的信息采集和传输技术在数字孪生流域建设中具有重要作用,是支撑数字孪生流域高效水利感知网建设、高精度数据底板更新和高保真动态仿真模拟有效手段和重要途径。国内数字孪生流域研究与建设工作已经初见成效,但水利监测网仍然面临水利数据感知要素少、频次低和传输不及时等问题,难以满足物理流域的实时监控和高保真仿真模拟的需求。首先梳理了卫星通导遥技术在水利业务中的应用进展,分析了当前数字孪生水利平台建设面临的挑战;其次,结合卫星通导遥技术优势,提出卫星通导遥融合应用的数字孪生流域框架,设计基于卫星通导遥融合的新型水利信息系统,该系统主要包括空天地一体化水利感知网与宽窄带融合星地一体化水利通信网两个子系统,为数字孪生流域建设提供一体化全覆盖信息支撑;最后,结合吉林市数字孪生水库建设实践,开展了卫星通导遥融合的新型水利信息系统与数字孪生水利工程的应用初探,结果表明卫星通导遥融合应用可支撑数字孪生水库防洪“四预”实时感知和动态模拟。     

DEM与分布式水文模型中的耦合研究

以自然物理机制为基础的分布式流域水文模型,是当今水文界研究的热点之一.介绍了基于GIS的数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)模块在分布式水文模型中的应用(产生流向、划分子流域、河网分级等)、数字化地理信息数据获得方法、分布式水文模型的结构及其成功应用的实例.     

国内数字流域研究与问题浅析

数字流域是现代水利信息化的重要组成部分,是"数字地球"在流域尺度上的应用。为更好地为流域管理服务,本文从数字流域的基本框架出发,综合分析了国内数字流域基础信息平台、模型模拟平台、应用决策平台的研究状况以及存在的问题。通过对不同流域数字化建设的研究和讨论,旨在为当前流域水利信息化建设提供参考。     

数字流域技术在流域现代化管理中的应用

针对新时期水利发展的战略性需求,提出数字流域基本概念,总结数字流域国内外研究进展,深入分析数字流域基础框架与技术标准、空天地协同流域综合监测体系、多源海量数据组织、处理与共享服务、多专业模型集成及应用等数字流域关键技术,并详细介绍数字流域技术在三峡工程运行管理中的应用实践,最后进行应用总结与展望。     

水库安全预警系统基本框架研究

水库安全监测预警系统是水库安全管理的重要组成部分。根据水库安全监测预警系统的主要内容和基本流程,研究了水库安全监测预警系统基本框架体系,提出了基础信息层、警情分析层和决策支持层的三层框架体系结构。水库安全监测预警系统的应用将大大提高水库大坝及其下游社会、经济、环境的安全程度。     

数字流域研究平台建设雏议

本文建议数字流域研究平台的建设，应是在三维虚拟仿真场景的支撑下，以原型观测的历史数据和实时信息为基础，以实体模型试验为纽带，以数学模型计算为工具，复演流域的历史进程，研究流域的现状，预报流域的未来发展。文中重点对综合研究方法的协调进程和虚拟仿真系统开发的关键技术进行了论述，对相应的解决方案提出了建议，以都江堰为例探讨了系统的应用前景。     

黄河基础地理信息平台建设与应用

为了避免"数字黄河"工程基础设施建设中,地理信息数据的重复采集和地理信息功能的重复开发,建设了黄河基础地理信息平台。该平台的建设内容包括地理信息标准、基础地理数据存储与管理平台、基础地理数据库和基础地理信息系统4部分。平台采用数据层、中间层和应用层三层结构搭建,集一体化数据编辑、多源数据集成、COM组件、Web-GIS、三维GIS、中间件等技术于一体,实现对黄河基础地理信息的存储管理、发布显示、三维仿真等操作。黄河基础地理信息平台在治黄中的应用主要体现在三方面:提供了全面、可靠、标准的黄河基础地理信息数据;提供了基于网络的地理信息浏览、显示、查询、分析等功能;提供了标准的地理信息服务中间件等。     

糯扎渡水电站数字大坝技术应用研究

高心墙堆石坝成为国内外坝工建筑物的发展趋势,实现高坝建设过程信息集成、动态管理、高效分析意义重大,文章以糯扎渡水电站建设实践为基础,对大坝施工进度和质量进行控制的＂数字大坝＂系统进行全面分析,结合其应用过程,重点分析系统在仓面碾压、碾压超速方面的控制过程。结果表明,该系统可以实时全面地进行施工过程有效控制。＂数字大坝＂技术是中国高心墙堆石坝建设过程中综合信息管理及辅助决策系统应用的重要探索。     

数字地球与数字水利

介绍数字地球的战略意义、基本概念、涉及的新理论和新技术.就数字地球的基础,即信息的获取、处理和应用作了较详细的介绍.结合水利行业发展和应用遥感、地理信息系统和全球定位系统的现状,阐述建设数字水利的可行性和重要性以及实现这一目标所要跨出的第一步     

基于SOA的云计算流域模拟模型集成架构的研究

针对现有流域模型集成系统接口不统一,系统与模型之间集成困难,缺乏通用性和可扩展性等问题,采用SOA与云计算技术,构建了一个开放的、可扩展的、可共享的水利模拟模型集成架构。在该架构中,借鉴SOA的设计思想,将云服务系统的各项业务分解为颗粒度不同的服务,各子功能封装为标准的web服务。采用SOA典型的模块性特征,将流域模拟模型的集成架构分为客户端、云服务平台、云计算应用程序接口层、模型管理服务层、云服务管理层、物理资源层,使得集成模型的各应用系统的服务来源于各层。该架构增强了水利专业模型平台的开放性、用户交互性以及平台的通用性。     

吉林省中部城市引松供水工程综合基础数据库建设研究

本文结合吉林省中部城市引松供水工程研究、论证了建立吉林省中部城市引松供水工程综合基础数据库的必要性,提出了建设目标和原则,阐述了系统总体结构与主要内容,数字吉林省中部城市引松供水工程由数据采集、运行监测、数据传输、数据存贮和应用支持五个层次构成,该数字工程的建设将促进勘测、规划、设计现代化。     

数字水文学的萌芽及前景

简要阐述了数字水文学产生的背景及主要内涵.指出数字化技术正在使水文要素的采集、传输、存储、处理和显示等产生根本性的变革.展示了迄今为止国内外学者在数字高程模型(DEM)平台上所取得的初步研究成果,包括:自动生成流域和水系,自动提取流域地形地貌特征,给出下垫面特性和降雨的空间分布的定量描述,揭示水文的规律和机理,构建具有物理基础的完全分布式水文模型等.事实初步证明,以信息化带动水文科技现代化将会给水文科学的发展增添无限生机.