大流域水文监测模拟与可视化实现

针对传统的水文信息系统难以集成多源信息,且实时性与三维可视化能力不足的问题,基于数字地球平台技术,设计开发了面向水文大流域的水文监测、分析和模拟的三维可视化服务平台。根据水文数据的特点,对功能模块与基础组件进行重新设计,对相关数据和水文模型进行服务发布,并将服务层统一集成到三维可视化平台中。在三维可视化环境中实现了水文信息的集成应用与三维展示,可为水文管理和研究人员提供一个三维可视、人机交互的操作环境。     

水利工程三维可视化仿真研究与应用

针对目前水利工程建模过程复杂和效率低等问题,提出基于World Wind的水利工程三维建模方法。设计了三维建模流程,基于World Wind搭建三维数字地球平台,构建三维可视化模型,并实现模型在平台上的加载与管理。以陕西省引汉济渭工程为例,建立可视化环境,开发水库三维模型,并在数字地球平台上实现水库模型的加载与展示。实例表明:基于World Wind的数字地球平台具有较好的扩展性与可视化效果,提出的水利工程三维建模方法能够有效实现水利工程的三维可视化仿真,具有较好应用价值和推广前景。     

建立三维数字长江模型的关键技术探讨

在过去的50余年中,已积累了大量的长江全程水道地形、水文、泥沙资料,为了反映长江水文变化过程的时空动态特征,需要开发能实现三维显示的软件用于水文模拟和水资源管理.中国地质大学信息研究所和长江水利委员会水文局联合开发了"长江水文泥沙信息分析管理系统(GeoHydrology)",并利用其中的三维可视化子系统建立了一套三维数字长江模型,实现了长江水文泥沙及河道原型观测和分析信息的三维可视化.就其中涉及的关键技术及其实现方法进行探讨.     

可视化技术在水文泥沙分析中的应用

长江水利委员会水文局和中国地质大学信息所联合研发了"长江水文泥沙监测分析信息管理系统",本系统采用科学计算可视化技术,以图形图像的形式表达长江水文泥沙监测分析的过程和结果,以直观形象的方式揭示理解海量数据中包含的客观规律,改变直接面对大量难以理解的抽象数据的被动局面.介绍可视化技术在水文泥沙专题计算可视化子系统、长江水文泥沙信息可视化分析子系统和河道演变可视化分析子系统中的应用情况.     

断面数据及其可视化在河道演变分析中的应用

随着金沙江下游梯级水电站的相继建成投运及一大批水文泥沙观测站的建设,一方面河道水文泥沙情况较天然状况有较大改变,另一方面将产生海量的水文观测数据。这些数据的查询、分析、计算及直观展示对数据管理提出了很高要求。着重研究了河道断面数据管理及其可视化的实现方法,主要包括断面要素计算、断面套绘、深泓纵剖面变化图绘制、槽蓄及冲淤量计算等。该可视化系统为金沙江下游区域的泥沙水文资料的研究提供了一个有力工具。     

长江河道地形DEM生成与管理关键技术探讨

长江河道地形数据是水文泥沙监测与分析工作信息化的重要基础。针对多测次、多比例尺、多坐标系统、数据量巨大、现势性强的长江河道地形数据分析和管理困难的问题,提出了"归一起点,分块计算"的DEM生成方法,采用主题式的对象-关系数据库进行DEM的存储和管理,实现了长江河道DEM的可视化及其在水文泥沙专业分析中的应用。简要介绍了可视化的实现过程和应用情况。     

长江水文泥沙信息分析管理系统研究

阐述了长江水文泥沙信息分析管理系统的总体结构、设计理念和系统功能以及系统应用情况,重点介绍了矢量数据编辑子系统、对象关系数据库管理子系统、水文泥沙专业计算子系统、水沙信息可视化分析子系统、长江河道演变分析子系统、基本信息查询子系统、长江三维可视化子系统、水文泥沙河道信息网络发布子系统等8个子系统的功能实现.该系统采用数据库、GIS、遥感、网络融合技术,实现了对长江流域近110亿条水文泥沙监测数据和5万余幅地形观测资料的统一管理,提高了长江水文信息处理技术水平.     

基于GIS的黄河下游二维水沙数学模型可视化构件设计

黄河下游数学模型可视化需要大量的区域空间信息,GIS的发展为黄河下游数学模型可视化提供了强大的技术支撑。从实现黄河下游数学模型与GIS耦合集成及其系统可视化的目的出发,介绍了系统的总体设计、主要功能,包括人机交互界面、为数学模型提供空间数据以及实现数学模型仿真模拟等。在VB6．0、GIS数据库等专业技术软件的支持下开发了基于GIS的黄河下游数学模型可视化系统,实现了水文、泥沙、河道等模型数据的输入输出、可视化网格生成以及洪水演进、河床演变的仿真模拟等。系统不仅为二维数学模型提供了可视化平台,而且为分析、认识河床演变和泥沙运动规律提供了帮助。     

ADCP和OBS测量数据处理软件及应用

感潮河流受上游来水和下游潮流的共同影响,水文要素变化迅速,需要通过建立转换关系获得流量和泥沙数据,且数据量大,因此感潮河流在线水文资料的整编较为复杂。以深圳河在线水文泥沙观测资料为研究对象,研制了具有可视化、智能化和集成化的水文资料整编、审查等数据后处理支持软件。实现了不同类型在线监测设备监测资料的规范化整编,提高了感潮河段水文资料整编的精度。     

金沙江下游水文泥沙数据库及信息管理系统研究

金沙江下游水电站工程在规划、设计、施工期间及建成运行后将产生大量的水文泥沙和地形数据。为系统掌握金沙江下游梯级水电站的泥沙淤积规律,加强流域内水文站、水位站、雨量站及其监测数据的长期有序、安全有效的管理和应用,开发了金沙江下游水文泥沙数据库及信息管理系统。系统包含水道地形自动成图与图形编辑、水文泥沙数据库管理子系统、信息查询与输出、水文泥沙分析与预测、三维可视化等5个子系统。着重对整个系统的软件体系结构和子系统功能及模块进行了介绍,可供同类型梯级水库群调度信息管理借鉴与参考。     

海量数据仿真与分析关键技术探讨

基于地理坐标以球面方式浏览海量数据是当前“数字地球”技术的核心,已得到成熟的应用。然而其针对海量数据特殊的数据组织方式给专业应用带来困难,导致了计算机资源、大数据量浏览仿真和高精度几何分析之间的矛盾。以金沙江水文泥沙信息系统为例,列举和描述了海量数据仿真分析在水利信息系统建设中存在的技术难点,对其进行了详细的分析,并就一些实际的解决方法进行探讨。     

扁球体泥沙颗粒沉降的三维格子Boltzmann模型

应用格子Boltzmann方法(Lattice Boltzmann Method,LBM)模拟扁球体单颗粒沉降,并引入大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)描述较大颗粒沉降引起的尾流紊动,建立了扁球状泥沙颗粒沉降的三维数值模型。利用该模型对不同雷诺数下(1～7 580)扁球体泥沙颗粒的静水沉降进行了验证模拟。数值模拟结果与已有试验数据相比较,在泥沙颗粒沉降轨迹、沉降速度和阻力系数等方面有较好的一致性。     

基于断面法的长江分汊河道冲淤计算方法

长江河道槽蓄量、冲淤量计算是长江水文泥沙监测和河道演变分析研究工作信息化的重要基础。为了提高长江河道冲淤计算的准确性,在传统断面法计算的基础上,针对分汊河道平面形态,引入分汊河道分流比参数,提出了一种基于断面法的复杂河道冲淤计算方法。该方法通过组织管理长江河道水文断面数据,计算并引入分汊河道分流比,分别计算起止断面间的长江河道不同测次的河道槽蓄量、冲淤量。基于断面法,在长江水文泥沙管理信息系统GeoHydrology软件中实现了含有分汊河道的冲淤计算,可支持Excel表格方式的水文断面数据的处理和分析。结果表明:该方法对于具有分汊形态的长江河道冲淤计算是快捷和有效的,提高了长江复杂河道水文泥沙计算的准确性。     

考虑水土保持措施的分布式水文泥沙耦合模型研究

基于栅格型DEM数据,提取数字水系和空间拓扑信息,建立了由水文模块和泥沙模块两部分组成的黄土高原多沙粗沙区小流域分布式水沙耦合模型。以黄河无定河水系岔巴沟流域为例,应用所建立的模型对该流域1970~1989年11场洪水进行了流量沙量过程模拟。结果表明,该模型具有一定的计算精度,一定程度证实了所研发模型的结构、参数和计算方法的合理性。     

二维潮流泥沙数值模拟及可视化研究

本研究在以往研究成果基础上,以水动力学基本理论与软件工程理论相结合,研究开发了以Visual Ba-sic编程语言为依托的二维潮流泥沙数值模拟及可视化研究模型,共分为三个相互连接的界面,实现了潮流泥沙数据计算处理和可视化效果图显示,操作简便,可运用性强。     

水文大数据共享平台研究与设计

本文根据水文数据的特点探讨了水文大数据标准化方法,探索数据预处理、数据索引、数据高效存储等水文大数据共享平台关键技术;利用Hadoop对多源异构数据的海量存储能力及高速计算能力,研究基于MapReduce的水文大数据分布式数据处理模型,设计和实现水文大数据共享平台,为水利及跨行业跨部门的信息共享、空间集成,以及跨学科的可持续发展研究提供技术支撑。     

基于参数不确定性的洪水概率预报研究

水文模型参数的选取通常依靠经验判断或者依赖历史库中的不完备数据集进行自动优选,所选参数并不一定能够准确反映流域降雨径流特点,更不足以反映不同洪水涨落阶段洪水特征的变化。基于水文模型的参数存在显著不确定性的客观事实,以随机参数驱动水文模型,并结合数值模型实现概率预报。通过东湾流域36场洪水模拟试验,揭示了水文参数不确定性对洪水预报结果的显著影响,验证了概率预报算法能够给出精确、可靠的预报结果,说明该算法能够降低水文模型参数所带来的洪水预报不确定性。     

面向对象的黄河水沙数据模型设计与应用

从数据模型的角度研究了二维水沙数值模拟计算的数据管理,分析了参与二维水沙数值模型计算的数据种类,采用面向对象的数据建模方法定义了各种数据的属性、方法及其相互关系,设计了适应黄河下游河流数值模拟特征的水流泥沙数据模型,并利用Visio工具和ArcObjeets组件将数据模型应用于二维水沙数学模型的数据管理与可视化.数据模型的建立理清了二维水沙模型数据间的关系,实现了水流泥沙数据共享管理,为Access、SQL Server等数据库提供了统一的数据访问接口,有效地减少了数据储存冗余,有助于提高科学计算的可视化程度.     

以黄河水为水源的城市供水工程泥沙处理方法

本文通过分析黄河上、中、下游引黄供水工程的泥沙特点,论述了目前沿黄各省处理泥沙问题采用的主要方法及泥沙处理效果。根据陕西省的水文、泥沙和地形等特点,提出陕西省内引黄工程泥沙处理的建议。     

基于参数不确定性的概率预报研究

水文模型参数的选取通常依靠经验判断或者依赖历史库中的不完备数据集进行自动优选,所选参数并不一定能够准确反映流域降雨径流特点,更不足以反映不同洪水涨落阶段洪水特征的变化。基于水文模型参数存在显著不确定性的客观事实,以随机参数驱动水文模型,并结合数值模型实现概率预报。通过东湾流域36场洪水模拟试验,揭示了水文参数不确定性对洪水预报结果的显著影响,提出的概率预报算法能够给出精确、可靠的预报结果,说明该算法能够降低水文模型参数所带来的洪水预报不确定性。