数字技术在河流中的应用

【摘 要】 自从“数字地球”的概念提出后，在全世界范围内引起了巨大反响。而作为“数字地球”的一个重要区域层次——“数字河流”，不仅仅是实施数字地球的切入点，同时也是发展信息化水利的必经之路。“数字河流”以“数字地球”技术为背景，对真实流域及其一切相关的信息做数字化重现和分析。本文将分别以“数字都江堰工程”和“数字黄河”为例，浅谈数字技术在河流中的应用。

【关键词】 数字技术 河流 应用

1 数字都江堰工程

1.1 工程背景

“数字都江堰工程”是在“数字地球”的数据资源条件下，以都江堰流域为对象，应用“3S”技术（应用遥感（RS）、全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）），和网络技术、虚拟仿真系统等高科技手段，对都江堰流域的各个复杂的信息进行数字整合及虚拟仿真，集成信息应用系统，为实现都江堰的可持续发展提供技术支撑。

1.2 建设内容

“数字都江堰工程“将对都江堰流域的资源、环境与社会经济等各种信息，按地理坐标整合，形成数字都江堰基础信息平台；在此平台的基础上，对都江堰流域的水资源循环系统和社会经济系统进行模型化分析，形成专业服务平台；在基础信息和专业服务两大平台的基础上，采用预测技术、虚拟仿真技术，形成“数字都江堰工程”的具有分布决策、冲突协调功能的综合决策平台。

1.3 数据采集

数据采集是“数字都江堰工程”建设的基础，“数字都江堰工程”的各类数据采集，一是通过分布在整个项目区的各种专业观测与检测站点，二是通过卫星照片、航测图等公众信息系统获取。图形数据的采集标准采用国家测绘局及内部委已经建立的图形空间数据的元数据标准和图形数据标准。图形数据的采集标准采用国家测绘局与各部委已经建立的图像数据的元数据标准和采集系列标准。

1.4 数学模型

数学模型是对水利工程进行研究的重要手段，也是今后发展的一大趋势。它包括都江堰灌区及其流域的水土保持系统，数学模型的建立及其模型库的内容和结构体系。模型库的建设要认真研究流域的水文气象特征，调水管理特点等与流域相关的过程，并从中抽象出描述这些过程的基础模块和构件。

1.5 综合决策支持平台

综合决策支持平台是“数字都江堰工程”最高层次的应用。它由会商决策中心和软件系统构成。其中，软件系统又可分为综合决策与专业决策两个支持系统。“数字都江堰工程”的综合决策平台主要是面对灌区的战略问题和重大突发事件的协调和支持。

“数字都江堰工程”将以数据库和模型库为基础，以各专业的应用系统为主体，采用会商的模式，在虚拟的三维场景中实现水资源的最优、最合理利用，达到“天、地、人、水”和谐统一、持续发展的目标。

2 数字黄河工程

2.1 工程背景

黄河是我国的第二大河，干流河道全长5464km，流域面积79.5万k㎡。作为中国的母亲河，黄河也是国内外公认的世界上最复杂最难以治理的大河。“数字黄河工程”就是把黄河装进计算机。借助现代化手段及传统手段采集数据，以功能强大的系统软件和数字模型对黄河的开发、管理进行模拟、研究。

“数字黄河工程”的建设，可以为世人提供一个全新的了解黄河的窗口，将黄河治理与开发、管理的难题更全面的展示给世界，以充分利用国内外的智慧，集思广益，开发黄河。

2.2 建设内容

“数字黄河工程”旨在运用先进的水利和信息技术，对传统的黄河治理与管理手段进行升级改造，推动黄河水利现代化。重点建设防汛减灾、水量调度、工程建设与管理等基于应用服务平台。“数字黄河工程”的最终目的是为有效治理黄河提供决策支持信息。

2.3 应用系统

应用系统是以应用服务平台和数据中心为依托，形成以防汛减灾、水量调度、水资源保护，水土保持、生态环境监测以及水利工程建设与管理等业务系统为骨架的专业应用系统。

“数字水资源管理调度”是“数字黄河”工程的一期工程，利用通信及计算机网络、“3S”和数字模型等技术，在可视化环境下，实现黄河水量实时调度引黄涵闸和引水口的远程自动化监控，提高水资源调度与管理水平，达到合理配置黄河水资源，使有限的黄河水资源发挥更大的综合效益。

水量调度方案的管理是黄河水资源管理调度决策支持系统的核心内容。该系统包括需水量计算、调度方案评价与选择、方案结果显示等功能。

2.4 应用服务平台

应用服务平台是“数字黄河”工程的资源管理者和应用的服务者，它可以实现资源的统一管理和高度分享，为应用系统的开发和集成提供基础，为系统整合提供标准和技术手段。应用服务平台由应用服务器中间件、数据仓库和知识库、模型库三部分组成。应用服务平台的建设是解决新老系统平稳过渡的一个桥梁，并且为新老系统从控制集成和数据集成两方面提供支持服务，使原有系统可被封装为应用服务器和提供标准的桥接接口和管理服务。

“数字黄河工程”是黄河治理现代化、信息化可持续发展的重要保障。并且使用了很多先进技术，在数据采集方面扩大了范围，提高了精度和应时性。在标准统一的数据集成平台支持下，建设完善的模型库和模型库管理系统，用“三条黄河”——原型黄河、数字黄河、模型黄河的互联互助，解决黄河实际问题。

3 结语

从“数字都江堰工程”和“数字黄河工程”的具体实例中，研究发现数字技术不仅是发展信息化水利的必经之路，同时，也为未来开发河流、流域等提供了新的思路。数字技术在未来的水利开发中会扮演越来越重要的角色。

参考文献：

[1]四川省都江堰管理局.清华大学水沙科学教育部重点实验室.数字都江堰工程.科学出版社，2004.

[2]水利部黄河水利委员会.“数字黄河”水利规划.黄河水利出版社，2003.