数字流域研究综述

本文对数字流域的框架研究、基础平台建设、数字流域模型及相关技术、数字流域应用系统建设四个方面的研究进展进行了综述。数字流域的整体框架可分为三层：数据层、模型层和应用层。其中数据层的建设在我国已经初具规模；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，在国内外许多小流域都建立了分布式水文模型；应用层由于缺乏全流域整体模型的支撑，目前的研究主要是提供数据服务以及一些专题的决策支持服务。综合前人的研究发现当前紧要任务就是在大范围、全流域上建立起具有应用价值的数字流域模型。     

浅谈数字高程流域水系模型

简要介绍数字高程模型(DEM)和数字高程流域水系模型(DEDNM)的基本概念、原理。基于辽河水系老哈河流域栅格DEM数据,采用DEDNM提取水系信息,构建数字流域,并阐述了在数字高程模型中凹陷区域识别和消除、流域分水线勾划、河网生成、河网与子流域编码及河网结构拓扑关系的建立。     

湖北省典型流域地表水资源可利用量分析研究

基于地表水资源调查评价成果,选取湖北省清江、陆水、倒水、举水、巴水、浠水为典型流域,在计算河道内生态环境需水量、汛期难于控制利用洪水量的基础上,分析计算典型流域地表水资源可利用量,为相关流域地表水资源的合理开发利用和流域水量分配方案提供参考依据。     

基于大语言模型和知识图谱的数字孪生流域知识平台设计

设计了一款基于生成式预训练大语言模型的数字孪生永定河流域知识平台,该平台基于海量的业务数据、图书文献、期刊论文和行业资料,构建数字孪生永定河知识库。以知识库为基础,训练大语言模型,创建水利对象、预报方案、调度预案、历史场景等知识图谱。基于大语言模型、知识图谱和向量数据库,实现知识检索和智能问答,并开发水利对象关联查询、业务规则匹配、历史场景复演、实时调度方案编制等水利业务智能应用。     

数字孪生流域知识图谱构建及其应用

为通过数字孪生构建物理流域与数字流域关联，实现对流域资源、环境、生态等多方面的监测、分析与优化配置，探讨了数字孪生流域建设过程中知识图谱的应用前景、构建方法、应用和面临的挑战。在知识工程相关技术基础上，以甘肃省白龙江干流舟曲县河段流域为例，对其中水利对象、防洪保护对象及其之间的关联关系进行了知识表示、抽取、融合和推理，构建了可视化、交互式的流域知识拓扑图，使其为数字孪生流域管理提供需求分析、知识检索、决策分析等应用价值，并对可能面临的挑战进行了分析，如需提升数据质量与标准化问题、或将面临的技术瓶颈等。研究成果可为水利工程知识图谱建设与推广应用提供参考。     

牡丹江流域地表水资源可利用量研究

在对现行地表水资源可利用量计算方法作出分析的基础上,采用了扣损法,也就是说从地表水资源总量中扣除不可利用的水量即为地表水资源可利用量。不可利用的水量分为河道内生态环境用水量和汛期弃水量。本文通过牡丹江流域大山咀子水文站实测资料分析确定非汛期的最小基流量和弃水系数,从而计算河道内生态环境用水量和汛期弃水量。综合得出该流域地表水资源可利用量。     

基于动态试算反馈的水资源承载力评价方法研究——以沂河流域(临沂段)为例

人类社会的发展使得水资源与水环境问题日益突出,传统水资源单一数量承载力已不能满足水资源规划与管理的需求。本文从水质水量耦合角度构建了量质平衡方程和针对水功能区划水质目标的地表水资源可利用量计算方法,在此基础上提出了以人口数量与GDP规模为表征指标的水资源承载力计算模型。该模型利用人口空间展布的方法将社会经济指标拆分到水资源分区,用承载水平下的生活用水量与Ⅰ—Ⅲ类水资源可利用量平衡关系对结果进行试算检验,考虑了水质水量对水资源承载力的双重约束,也反映了地表水资源可利用量的动态变化特性。模型在沂河流域进行了应用,选用CODcr为污染物控制指标,分析计算了沂河流域不同水平年的水资源承载力,验证了模型计算结果的合理性与科学性。计算结果可以评估和预测流域未来时期的水资源承载程度,为流域/区域经济社会的可持续发展提供依据。     

基于DEM的数字流域构建方法及研究

介绍了基于数字高程模型(DEM)的流域信息提取方法:DEM预处理,流向及集水面积的确定,水系的生成及子流域的划分以及流域的长度,坡度,坡向等.并将这些方法应用于丰乐河桃溪水文站以上流域与南淝河合肥水文站以上流域,构建了数字化流域.     

基于MapX控件绘制水文数据等值线

采用VB集成MapX控件进行地理信息系统GIS开发的技术,解决了雷达测雨及分布式水文模型计算所得的大量分布式栅格地理数据的处理和显示问题.在地理数据分析中选用一种基于正交网格的等值线算法,并由VB程序实现.将该项技术应用于史灌河流域,并绘制了雷达估测的降雨数据及分布式模型计算所得的水文数据的等值线图,表明将该技术应用于分布式水文模型的数据分析与显示是成功的。     

数字流域水文模型在柘溪水电站洪水预报中的应用

将数字高程模型（DEM）生成的数字高程流域水系模型（DEDNM）与新安江水文模型相结合构建数字流域水文模型，并将该模型应用于柘溪水电站的6个子流域进行产、汇流计算，所得子流域出口的径流过程与实际洪水过程进行拟合，制作洪水预报方案。结合流域现有遥测信息和实时校正技术编制了实时洪水预报系统。实时预报系统通过近1年的试运行表明该方案得到了成功应用，预报精度达到甲级标准。试运行期间依据该系统预报调度对大洪水进行了有效的错峰削峰，充分显示了水库的巨大防洪效益；洪水后期的拦蓄洪尾也为水库后期的保水抗旱提供了有力保障，增加了发电效益。     

淮河流域基础空间数据库建设方法研究

通过对空间数据库组建模式进行对比分析,基于对象—关系型空间数据库的管理模式,研究淮河流域空间数据库的组织模型,探讨数据库的建设方法,以实现淮河流域空间和属性数据的统一管理.基于此方法建设的基础空间数据库能够有效管理多类型的海量空间数据,在流域的日常管理中发挥了重要作用,其数据组织模型和建设方法适用于其它类似等级的空间数据库建设     

基于熵权法的流域水资源脆弱性评价——以淮河流域为例

流域水资源脆弱性评价可以量化表现出水资源的脆弱性程度,客观地反映研究区的水安全状况。根据水资源脆弱性的表现形式及成因,设置了水量、水质、洪涝灾害、旱灾4个一级指标,自然因素、人为因素、承载因素3个二级指标,分级构建了水资源脆弱性评价指标体系,在线性加权法的基础上采用熵权法构建了水资源脆弱性评价模型。以淮河流域为例进行实证分析,从时间、空间2个维度上对2003—2012年淮河流域整体及流域内的4个省份进行水资源脆弱性评价。结果表明时间上,10 a间淮河流域整体水资源脆弱度数值逐年减小,水资源脆弱性呈现好转趋势,流域内河南、安徽、江苏、山东4省的水资源脆弱性在10 a间均有所缓解;空间上,淮河流域水资源自西向东越来越脆弱。研究结果表明目前淮河流域水资源脆弱性状况呈现好转趋势,但仍然存在一些问题,有待进一步管理和调控。     

淮河干流分布式水文水动力耦合模型研究

综合传统水文模拟方法及水动力学模拟方法,建立淮河干流的水文水动力数值模型,依据其水流的水动力学要素特点,将淮河流域的不同区域进行分类,并建立了实际流域基本对象与数值模型要素之间的映射关系。在分布式架构下,以节点水位为基本变量,对全流域水流进行耦合隐式求解。利用数字流域系统构建了淮河干流淮滨至老子山段的洪水演进的数学模型并对模型进行了参数率定及验证分析。结果表明,该模型稳定、可靠,能应用于今后淮河流域的洪水预报、水资源调度、工程管理等工作。     

淮河流域水质管理模型

淮河流域水质管理模型作为分析研究淮河流域水污染规律的工具 ,以淮河入洪泽湖河口以上流域为研究区域。在深入分析研究区域内水文气象、自然地理、河道和水流特性以及水污染特点的基础上 ,利用Mike 11,MIKEBASIN和ArcView软件研制和开发水质管理模型 ,为有效实施水污染防治和水资源管理提供依据。简要介绍模型的结构 ,主要参数的确定 ,模型的结果和模型的应用情况     

淮河流域河流水环境可恢复性评价

针对水环境可持续利用中存在的水环境特征识别问题,开展水环境可恢复性研究。基于水环境可恢复性的定义及水环境可恢复性评价指标体系,选取其中12个指标,采用淮河流域2000-2009年10年数据资料,利用主成分分析法（ PCA ）得到影响淮河流域水环境可恢复性的主要成分和各年的综合主成分值随时间变化情况;将水环境系统可恢复性分为弱、一般、强3个等级,利用自组织映射（ SOM）神经网络法对归一化的正向样本数据进行分析,得到各年水环境系统可恢复性的强弱等级情况。结果表明,由PCA法得到的结果与SOM 神经网络法的结果相一致,淮河流域从2000-2009年水环境可恢复性整体上呈现逐年增强的趋势,同时表明PCA和SOM神经网络法对水环境可恢复性评价是可行的。     

论淮河流域水污染及其防治

以淮河流域水污染的主要污染指标高锰酸盐指数和氨氮评价淮河流域的水污染状况,分析淮河干流、省界监测断面和全流域历年水质变化情况,结合入河排污口的实测资料,评价主要河流以及流域内河南、安徽、江苏和山东四省入河污水量和主要污染物的变化情况。基于流域内已发生的水污染事故、现状水质和入河污染物的状况,简要分析淮河流域水污染防治面临的困难,结合流域经济发展水平和水资源开发利用现状,对水污染防治与水资源保护需研究的主要问题进行了讨论。     

CAS理论在滇池流域水资源配置中的应用

基于复杂适应系统（CAS—Complex Adaptive System）理论,研究滇池流域水资源配置系统的演化机制,描述滇池复杂适应水资源配置系统“学习”的特点和本质、各用水及供水主体的影响因素和反应规则。随后,建立了滇池流域水资源配置的CAS模型。基于此模型,利用Matlab优化平台,预测了不同规划年滇池流域各部门的需水量,给出了流域仅在滇池水域与掌鸠河云龙水库供水条件下的水资源配置结果。最后,分析了利用CAS理论研究流域水资源配置的优越性,并给出了相应的结论。     

淮河流域水资源短缺风险评估与时空分析

根据2003-2013年淮河流域五省的降水量、径流系数、人均水资源量、人均GDP、人口密度等相关数据,构建水资源短缺风险评价体系,用熵权法对指标赋值,运用可变模糊模型对淮河流域及各省的水资源短缺风险进行评估和时空差异分析。结果表明:2003-2013年间淮河流域水资源短缺风险值总体较高,且呈缓慢的增长趋势,2004年降水较少,风险值达到最高;十年间河南省风险增加最为明显,而山东省较为稳定,风险增加也最低;在淮河流域五个区域中,河南省的风险程度最高,达到3.52;江苏省、山东省次之;安徽省和湖北省相对较低,达到2.86和2.51。水资源短缺风险二级指标分析发现,危险性最强的是河南省,安徽省最小;水资源短缺易损性最强的是山东省,湖北省最小;水资源短缺暴露性最强的是江苏省,山东省最小;水资源短缺可恢复性最好的是湖北省,河南省最差。同时,所有评价指标中人口密度、人均GDP、降水量对水资源短缺风险的影响较大。     

滦河流域水系水体要素提取及其发展变化趋势分析

为清楚地反映和揭示近几十年来我国北方持续干旱过程影响下的滦河流域水系水体要素发展的变化,为滦河流域的水资源保护和水环境治理等提供有力的证据,利用近30多年来的长系列、多时相的遥感数据提取滦河流域相应不同时间的水体要素状态,并利用地理空间分析技术分析其发展变化趋势.结果显示,滦河流域的地形地貌确定了流域水系要素的发育规律;滦河流域上游区近30年来的遥感影像揭示了泡子、淖尔等湖泊水域面积朝减小的趋势发展,并有部分泡子、淖尔等已处于干涸消亡状态;滦河下游河道及河滩近20年来的遥感影像对比分析表明,滦河下游河道已近乎断流,河滩地存在被开垦开发的现象.因此,长系列多时相的遥感技术和地理空间分析技术能够很好地揭示和反映流域水体要素的发展变化趋势,对于流域的水管理具有非常重要的参考价值.     

黑河流域土壤墒情预报模型

针对黑河流域水资源匮乏问题,考虑了流域下垫面因素、气象因素以及实时灌溉的空间分布对土壤墒情的影响,为满足流域水资源实时调度模型系统的需求,建立了适合于该流域的土壤墒情预报模型;利用该模型对黑河流域2001年研究区内各计算单元不同作物的净灌溉定额和需水量进行计算,并与传统方法计算的需水量比较来检验模型的可行性。在黑河流域水资源实时调度需水计算中进行了初步应用,结果表明该模型能满足流域水资源实时调度的需要。