数字流域的体系结构研究

数字流域是数字地球的重要组成部分.简介数字流域的基本概念、组成要素和关键技术等.从计算机系统的角度对数字流域的基本体系结构进行描述，并讨论数字流域的核心系统和层次关系，提出了目前建设数字流域应注意的问题.     

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。     

数字孪生长江建设关键技术与试点初探

作为推动数字化转型与数字经济快速发展的重要抓手,数字孪生技术已经在多个领域得到了广泛应用,有力推动了制造业、智慧城市建设等行业创新发展.然而,受限于水系统的随机性和复杂性,数字孪生技术在水利行业应用中发展相对缓慢,仅在防洪减灾方面得到一定应用,与全面感知和映射物理流域并实现流域全要素全过程预报、预警、预演、预案四预的智...     

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。     

基于物联网理念的流域智能调度技术体系刍议

针对流域调度面临着监测信息不全面、传输效率低下、计算速度远远不能满足实际要求等问题,物联网技术的出现改变了这一局面,为流域调度发生突破性进展奠定了坚实基础.以此作为出发点,总结分析了流域调度的特点和要求,以及现有调度系统存在的问题,并探讨了物联网技术与流域调度的联系.以保障防洪、供水、生态、能源、航运和工程等安全为目标,提出了基于物联网技术的流域智能调度技术体系,对流域智能调度中的智能感知、仿真、诊断、预警,调度、处置、控制、综合指挥平台、数据处理和运维等关键技术进行了研究.最后在物联网技术的基础上,结合流域信息化的发展趋势和数字流域的建设,提出了"智慧流域"的概念.     

数字孪生水利工程网络安全风险分析和保障体系

数字孪生水利工程是数字孪生流域的关键节点，也是智慧水利建设的重要组成部分，在数字孪生水利工程建设中，如何保障网络安全尤为重要。以汉江流域数字孪生项目建设为例，结合数字孪生水利工程的特点，分析了数字孪生水利工程面临的网络安全风险。在此基础上，运用网络安全防护技术，从网络安全纵深防御体系建设、物联网安全防护、数据安全防护、水利工业控制系统安全防护、云计算安全防护、移动安全防护6个方面构建了数字孪生水利工程网络安全技术风险治理体系，并对水利行业数字孪生水利工程网络安全管理提出了具体措施和建议。研究成果已在汉江流域数字孪生水利工程建设中取得了良好防护效果，可为水利行业其他数字孪生工程的网络安全工作提供借鉴。     

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。     

水务一体化管理与数字流域建设

在国际广泛认同的水资源综合管理原则的基础上,分析了水务一体化管理的实践基础和科学基础,提出以流域管理为基础、流域管理和行政区域管理相结合的城乡水务一体化管理模式;并通过研究数字流域的基础平台建设和数字流域模型,提出水务一体化管理的保障措施.     

水利部数字孪生流域模型管理云平台设计及应用研究

【目的】智慧水利是推动新阶段水利高质量发展的实施路径之一,建设数字孪生流域是实现智慧水利的核心与关键。为提升水利部数字孪生平台建设中水利模型的易用性、可扩展性、复用率和可维护性【方法】按照数字孪生流域水利模型建设“标准化、模块化、云服务”的要求,采用“分治+集成”的思想,基于组件技术、工作流技术、SOA架构和容器技术等构建水利部数字孪生流域模型管理云平台。平台通过提供水利专业模型、智能识别模型的组件化封装和流程化搭建功能,以微服务的方式对外提供模型共享和模型计算服务。【结果】依托重点研发项目分别在示范区域——屯溪流域和白鹤滩水库开展“洪水预报-预警-调度”业务应用和工程管理范围形变监测业务应用,验证了平台设计的合理性和应用的可行性。【结论】研究成果可为数字孪生流域模型平台的建设与应用提供一定技术支持和经验借鉴。     

长江科学院领导带队拜访湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司就流域数字孪生试点建设事宜进行交流

正2021年9月6日,长江科学院院长卢金友、党委书记吴志广带队拜访湖南澧水流域水利水电开发有限责任公司(简称"澧水公司"),就澧水部分流域数字孪生试点建设相关事项进行交流。澧水公司董事长文柏海、总经理王志宏接待了卢金友一行,双方进行了座谈。项目组汇报了澧水流域数字孪生试点建设实施方案。澧水流域数字孪生试点建设将建立物理流域与数字流域之间全要素关联与响应关系,形成包含数字化场景、精准化模拟、智慧化决策的数字孪生流域,实现预报、预警、预演、预案"四预"功能,为澧水流域防洪、水资源调度及其他管理业务提供技术支撑。     

基于栅格数字高程模型DEM的河网提取及实现

从数字高程模型(DigitalElevationModels)DEM直接提取河网及相关流域信息,是分布式水文模型开发与应用的基础。本文基于D8(eightflowdirectionmatrix)处理方法,开发出一套DEM凹陷区域识别与处理、河网自动生成与流域划分软件。在新疆天山,应用本软件在100m×100m精度的DEM数据上生成的河网与全国1 25万的数字河流对比验证,吻合较好。此外,在美国联邦地质调查局(USGS)的HYDRO1k全球1km精度的DEM数据源基础上,所提取生成的长江流域河网,与1 100万的数字长江主要河道对比,差别不大。结果表明,所开发软件能够很好地自动生成流域水系,可为进一步开发分布式水文模型提供技术基础。     

虚拟现实技术在数字流域中的应用初探

论述了数字流域中虚拟仿真现实系统的设计与实现。系统利用MultigenCreator构建场景建筑物模型并实现快速显示,利用Vega的软件环境生成三维地形场景和系统设计。仿真结果表明,该系统形象地虚拟了流域内的各种地形场景、水电站及其它重要水工设施,对于实现三维漫游与查询、空间分析和三维图形管理功能具有重要的作用。     

基于DEM的乌梁素海东部流域河网信息提取

以乌梁素海东部流域为研究区,基于免费获取的3〃的Shuttle Radar Topography Mission(SRTM)数字高程模型(DEM),利用HEC-GeoHMS模块,确定流域不同汇流累积量阈值的河网密度,通过二者关系曲线,得出东部流域最适汇流累积量阈值为15 km2.实现流域水系提取和子流域划分,继而将其与...     

河套灌区排水网络集水面积闽值研究

流域数字水系网络提取的精度,通常与所使用的数字高程图（DEM）的精度和集水面积阈值的大小有关。在给定的DEM图上,数字水系的精度基本上取决于集水面积阈值的设置。首先介绍了几种确定阈值大小的方法,然后应用其中的“河网密度”法来对河套灌区的排干沟的水系网络进行提取。结果表明,该方法能很好地应用于灌区水系网络的合理提取。     

基于SRTM DEM的盘龙河流域河网提取研究

河网、流域盆地的提取对于数字流域建立、流域水文分析等具有重要意义。基于SRTM DEM数据,采用ArcGIS 9.3平台下Hydrology工具提供的地表径流漫流模型,以中越国际河流———盘龙河流域为例,对水流方向、汇流累积量、河网水系及流域边界进行了提取。利用Google Earth和国家基础地理信息系统1∶400万河流资料进行验证.结果表明:基于DEM生成的数字水系与实际基本吻合,流域面积相对误差为1.32%,证明该模型具有较高的精度。     

强人类活动平原地区河网提取中的流路强化方法

我国北方强人类活动平原地区的水资源问题越来越严峻,基于分布式水文模型的水循环模拟是流域水资源研究的基础,其中基于DEM的河网水系提取是基础环节。平原地区由于沟谷发育不明显,且人工河道和沟渠众多,流域汇流结构支离破碎,常用的河网提取模型往往很难得到正确的结果。本文借助已有的主要干流数字化河网水系,提出了流路强化处理方法,用于对平原地区的DEM进行预处理,经过处理后的DEM输入河网提取模型,可以得到流路正确、且河网密度更精细的河网水系拓扑结构,为分布式水文模型的高精度水文单元划分奠定基础。该方法在强人类活动干扰的典型流域——海河流域进行了应用,对比了流路强化处理前后的河网提取结果,表明该方法是一种方便、快捷、高效的处理方法。     

三维激光扫描技术在地形测绘成图中的应用

将三维激光扫描技术应用于地形测绘成图是一种新的尝试,它具有快速、细致和高精度的特点,可减轻测绘人员的作业强度,减少作业时间,提高测绘的效率。介绍了三维激光扫描系统的组成和工作原理,以及点云数据的处理过程和方法;探讨了三维激光扫描技术在现代工程测量应用中的技术特性,并结合工程实例介绍了实现过程和效果。实践结果表明,利用激光三维扫描技术获取的空间点云数据,可以快速地生成结构复杂的数字地形图。     

Delineation of Groundwater Potential Zones in Arid Region of India—A Remote Sensing and GIS Approach

The present research is an attempt to find out the groundwater potential zones within an arid region of India supported by the scientific investigation of lithology, geomorphology, geohydrological characterization of geological formations and their interrelationship. Thematic layers of drainage, lithology, geomorphology, lineaments, slope, soil, digital elevation model, rainfall, landuse/land cover and well inventory have been generated by using ancillary data, digital satellite image, water level data of 90 observation wells for last 11?years (2000?C2010), litholog data along with ground truthing. The groundwater potential zones have been classified into five categories like very poor, poor, moderate, good and excellent. The potential zones were obtained by weighted overlay combination using the spatial analyst tool in ArcGIS 9.2. During weighted overlay analysis, the ranking was given for each individual parameter of each thematic map and weights were assigned according to their influence such as lithology (20?%), geomorphology (15?%), lineament density (15?%), drainage density (15?%), soil (10?%), slope (10?%), rainfall (5?%), land use and land cover (5?%) and digital elevation model (DEM) (5?%) and it was found that the potential zones in terms of very poor, poor, moderate, good and excellent zones covered 13.7?%, 42.8?%, 27.3?%, 10.8% and 5.4% respectively of the total area. The result also has been validated by yield data collected from existing sources and it confirms that the higher yield categories are falling within excellent groundwater potential zones where yield ranges from 23 to 40.3?l/s and lower values ranging from 8.1 to 10.6?l/s are falling within poor groundwater potential zones.     

排涝泵站群规模和运行对围填海区域环形河网排水影响研究

近年来,围填海区域的开发利用率明显增高。为确保该区域的安全使用,分析该区域排涝泵站群的规模与运行方式对于河网排水的影响,确保行洪排涝期间区域的安全至关重要。本文通过构建天津临港工业区行洪排涝数值计算模型,分析排涝系统的排涝能力和发生洪涝灾害的可能,给出系统所需排涝泵站规模,得到雨水泵站和排涝泵站抽排流量之间的关系及排涝泵站规模与淹没时间的关系。本文提供的分析方法与思路可为类似工程的规划设计与建设提供参考依据。     

基于蓄水曲线的平原城市排涝模数计算方法及影响因素研究

针对平原城市的排涝特点,提出了基于蓄水曲线法的平原城市排涝模数计算方法。以宿州市主城区为例,采用蓄水曲线法计算其排涝模数。结果表明：蓄水曲线法的结果比简化方法小。最后还得到了调蓄库容与河道断面面积和排涝面积之间的相关关系,可为城市建设和河道规划提供依据。