学习数字流域与分布式水文模型系统

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1、第1卷第2期2006年9月中国科技论文在线SCIENCEPAPERONLINE105数字流域与分布式水文模型系统112陈秀万，吴欢，李纪人（1．北京大学遥感与地理信息系统研究所，北京1008712．中国水利水电科学研究院，北京100044）摘要：阐述了分布式水文模型系统在“数字流域”中的重要位置，强调了软件工程在分布式水文模型系统实现中的重要性，总结了现有水文模型系统软件实现的缺点，提出了从底层的流域水文数据模型着手，采用面向对象的方法，设计组件式的分布式水文模型系统。最后结合笔者分布式水文模型的研究与实践，采用面向对象的方法，基于UML、ATLCOM、

2、ArcEngine、OpenGL等技术实现了一个基于动态响应单元的分布式水文模型系统—DRUMS。DRUMS为分布式水文模拟系统平台，特别是多尺度下的水文模型库系统的实现提供了一个开放的、可扩展的实现框架。关键词：分布式水文模型系统；数字流域；水文数据模型中图分类号：TV123文献标识码：A文章编号：1673—7180(2006)02—0105—81引言••••••数字中国地理空间框架与共享交换平台“数字中国”是指以地理空间坐标为基础，能数数数数数数数字中国标准规范与政策制度字字字字字字整合全国海量的资源、环境、社会、人口等各领域国区城流战农土域市域区业

3、的数据，能进行多种处理、分析、集成、共享和可视化表达（虚拟）的信息资源开发利用支撑平台，是我国信息化的重要组成部分和空间信息基础设数字中国示范工程体系施。“数字中国”服务于我国社会经济发展、生态环新空地应信信境保护、防灾减灾、自然资源开发利用和国防现代一间理用息息信资化建设等，服务于和谐社会、节约型社会、创新型代息编集源获GIS智码成管取国家建设。“数字流域”是指综合运用空间信息技术技能技技理技技技术术术术术术等现代高新技术，对全流域的水文、气象、地理环境、生态环境、社会和经济状态等各种信息进行数数字中国关键技术字化采集、动态监测与管理以及深层融合与挖掘

4、，数字中国框架体系从而实现对整个流域的真实动态模拟和科学综合管理，促进我国水资源可持续发展的系统工程。“数字图1“数字流域”与“数字中国”的关系流域”是“数字中国”的重要组成部分（图1）。虽然我国的“数字流域”建设工作启动相对较晚，但2分布式水文模型系统随着“数字黄河”、“数字长江”、“数字海河”等大只有具有物理基础的分布式水文模型能够详细型“数字流域”示范工程建设的开展，“数字流域”的描述出流域中任意时刻与任意位置相关的各水循已受到越来越多的重视。而模型建设尤其是流域水[1，2，3]环子过程中的水量通量和能量通量过程，因此文模型的建设是“数字流域”建设

5、的核心内容和基它具有很强的多目标特性，能够提供最完整的陆地础工作。水有关的物质流与能量流信息，在为其它相关研究提供必要的水文信息输入方面具有集总式水文模型所无可比拟的优势。在水问题的相关研究和工程建第1卷第2期106数字流域与分布式水文模型系统2006年9月设中经常面临的许多具体问题，如水资源数量和质统还需要具有开放性，能够集成不同模型理论与方量评价、地表水和地下水计算、洪水预报与洪灾管法，并提供比较的工具。集中水文模型的预报结果理、土壤侵蚀与水土流失计算与评价、土地覆盖与相对单一，数据管理、计算过程、结果表达以及与土地利用变化以及气候变化的响应模拟、水

6、工建设其他系统的集成都比较简单。计算机、数据获取与对水文过程的影响、生态需水量计算、水生物与生处理、GIS等技术的发展使得分布式水文模型的研态系统的修复、农田灌溉与农业节水、无资料流域发成为可能，同时分布式水文模型需要大量的多元、模拟、空间异质性模拟、污染物和沉积物的运移模异构、不同时空分辨率数据的支持，并合理地处理拟等等都需要水介质的时空分布及能量转换信息作和有效地管理这些数据，才能够实现模型与数据的为研究的基础信息。因而分布式水文模型与水资源有机结合，形成不可分割的整体，实现对水文过程评价与配置、洪旱灾害的预报及洪水调度、水土流的仿真，支持多种应用。

7、因此，分布式水文模型系失、水环境及生态环境保护、节水型社会建设、农统的构建更加复杂。分布式水文模型系统研发必须业生产、全球气候变化等研究结合，具有广泛的跨强调水文模型与面向对象的软件工程方法的充分结学科研究与应用的前景。因此，具有物理基础的分合，定义好水文模拟系统的物理模型、数据模型、布式水文模型是水科学研究与应用的理论基础，而逻辑模型以及系统边界等，尽可能实现模型与水文分布式水文模型系统则是实现所有这些研究与应用真实过程的相似律，促进水文模拟多目标的应用。的核心组件。目前，分布式水文模型的研究主要集中于模型的建模型的选用，往往需要权衡数据条件以及模型立

8、、率定、数据处理，但在模型的验证、错误分析、[4]实现的难易和代价。便捷、高效地