基于WebGIS的分布式水文模型构建
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面向WebGIS模型的分布式系统设计与实现随着互联网和地理信息技术的不断发展,WebGIS已经成为了一种重要的地理信息应用模式。
WebGIS通过将地理信息与网络技术相结合,使得地理信息可以在全球范围内进行传播和共享,为地理信息的生产、管理和利用带来了革命性的变化。
而面向WebGIS模型的分布式系统设计与实现,则是实现WebGIS的关键。
一、WebGIS模型的简介WebGIS是指采用Web技术,将地理信息数据与展现形式进行一体化处理,实现在线地理信息的查询、浏览、分析、处理和管理的一种地理信息应用模式。
它的主要组成部分包括WebGIS服务器、WebGIS客户端和网络连接。
其中,WebGIS服务器是WebGIS模型的核心,它主要负责地理数据的管理与发布、空间分析计算和提供Web服务等功能。
WebGIS客户端是指通过Web浏览器等方式访问WebGIS服务器的终端用户设备,用于展示地理数据、进行地理信息查询、分析和处理等工作。
网络连接则是WebGIS模型实现的基础,它提供了WebGIS客户端和服务器之间的数据传输通道。
二、WebGIS模型的特点WebGIS模型具有以下几个特点:1. 网络化:WebGIS模型采用网络技术实现地理信息的管理、查询和分析,使得地理信息可以在全球范围内进行传播和共享,信息的获取与使用变得更加便捷。
2. 分布式:WebGIS服务器和客户端分别处于不同的位置,通过互联网进行连接,并进行协同工作,具有较高的灵活性和可扩展性。
3. 跨平台:WebGIS客户端通过Web浏览器等方式连接WebGIS服务器,可以在不同的操作系统和设备上进行访问,实现了真正意义上的跨平台。
4. 易维护:WebGIS模型采用分布式的方式进行部署,可以进行自动化配置和管理,避免了传统GIS模型中的一些难以维护的问题。
三、面向WebGIS模型的分布式系统设计与实现面向WebGIS模型的分布式系统在设计过程中,需要考虑以下几个方面:1. 系统的可扩展性:WebGIS模型需要支持多用户访问和数据处理,因此,系统的可扩展性是非常重要的。
ArcTOP:TOPKAPI与GIS紧密连接的分布式水文模型系统刘志雨
【期刊名称】《水文》
【年(卷),期】2005(25)4
【摘要】基于遥感(RS)和地理信息系统(GIS)的分布式水文模型已成为当前水文科学发展的前沿,地理信息建模系统是目前地理信息系统研究的热点问题之一.目前实现通用GIS空间分析功能与水文模型的集成主要有四种途径:水文模型嵌入GIS平台,GIS功能嵌入水文模型,水文模型和GIS的松散连接以及水文模型和GIS的紧密连接.本文提出的ArcTOP分布式水文模型系统,运用ArcVieW GIS提供的宏语言,将以物理概念为基础的分布式水文模型TOPKAPI和GIS紧密连接,实现分布式水文模型和GIS的完全集成.
【总页数】5页(P18-22)
【作者】刘志雨
【作者单位】水利部水文局,北京,100053;中国科学院大气物理研究所,北
京,100029
【正文语种】中文
【中图分类】P338+.9
【相关文献】
1.分布式水文模型与网络GIS技术集成的研究 [J], 陈文龙;张煜;曹波;沈定涛;叶松
2.基于GIS的分布式水文模型系统开发研究 [J], 吕爱锋;王纲胜;陈嘻;冯先伟
3.考虑地表水-地下水交换的分布式水文模型GISMOD开发与应用 [J], 李磊;徐宗学
4.GIS在分布式水文模型中的应用——以北京雁栖河流域为例 [J], 赵强
5.浅议基于GIS的城区分布式水文模型研究 [J], 卞艳丽;侯爱中;张会敏;黄福贵因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
科技成果——基于Web GIS的实时水情信息发布与辅助决策系统技术开发单位浙江省水文局主要应用领域水利防汛抗旱成果简介该系统以为各级防汛指挥部门科学决策、防灾减灾提供直接服务为目的,采用多信道整合技术、数据库管理和网络传输技术,集成了上千个水情采集站点的实时水情信息,实现了水情数据库群的联网和信息共享。
系统基于B/S架构,采用属性/空间数据库一体化、Web GIS、XML、Flash和数据库等技术进行开发,实现了水情信息网络发布、动态监视预警、水情信息过程表达、报表动态生成与编辑、灾情实时上报统计、雨量统计和空间分布分析、水库拦蓄能力分析,以及基础信息管理维护等功能。
同时,开发了暴雨预警网格化管理子系统,当雨量站达到暴雨预警标准时,预警区域将以颜色和声音渲染等方式预警,暴雨预警综合信息同步以短信的方式实时发送给基层防汛人员。
整个系统功能齐全、界面友好、方便实用,能够全面直观地反映全省的水雨情形势,为各级政府和防汛指挥部门决策提供支持,提高了防汛决策的科学性。
此外,系统为水资源综合管理利用提供了全面直观的实时水情信息,为合理利用及优化调度水资源创造了条件。
该系统经浙江省科技厅鉴定,系统技术水平处于国内领先,国际先进。
系统获2006年浙江省科学技术奖二等奖、2006年浙江省水利科技创新一等奖。
主要性能指标1、数据建设技术指标:符合相关标准和可行的安全模式,符合Open GIS标准。
采用图数一体化的关系型数据库体系,支持标准SQL 和空间索引机制。
2、Web GIS网站开发运行技术指标:系统服务端运行平台为Windows 2000 Sever,IIS5.0;客户端为IE5.0以上浏览器,开发环境为ArcIMS4.01、ASP、JS、Action Script。
地图应用服务器基于Internet/Intranet的地图应用服务器,采用标准TCP/IP、HTTP协议,运用标准的XML。
负载较为均衡。
3、系统安全技术指标:实现系统的物理安全、网络安全和数据安全。
基于GIS的无定河流域分布式水资源模拟
朱芮芮;李兰;李金晶;王万
【期刊名称】《人民黄河》
【年(卷),期】2006(028)003
【摘要】分布式水文模型是水文界研究的焦点问题之一.主要介绍了水资源模块与分布式水文模型的结合,重点讨论人类活动对流域或区域水资源的空间分布与演变的影响.选择黄河典型支流无定河流域,采用分布式模型建立产流模式,进行日径流的模拟,取得了较好的结果.结果表明,分布式水文模型不仅能提供各个空间网格上水资源量的分布,而且还能得到水资源量的演变规律.
【总页数】2页(P55-56)
【作者】朱芮芮;李兰;李金晶;王万
【作者单位】黄河水利委员会,水文局,河南,郑州,450004;武汉大学,水资源与水电工程国家重点实验室,湖北,武汉,430072;黄河水利委员会,水文局,河南,郑州,450004;武汉大学,水资源与水电工程国家重点实验室,湖北,武汉,430072
【正文语种】中文
【中图分类】P333.5
【相关文献】
1.基于GIS/RS的流域水文过程分布式模拟——Ⅰ模型的原理与结构 [J], 王中根;郑红星;刘昌明;赵为民
2.基于GIS/RS的流域水文过程分布式模拟——Ⅱ模型的校检与应用 [J], 郑红星;
王中根;刘昌明;赵为民
3.基于GIS的日照市气温分布式模拟 [J], 王林林;史同广;邹美玲
4.基于GIS的干旱区分布式产汇流过程模拟系统的研建 [J], 蔺虎;刘志辉;李诚志;孟现勇
5.基于GIS的黄河下游分布式水资源模拟 [J], 王万;李兰;王欣;刘战友;王浩
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分布式水文模型水文模型始终是水文科学研究的重要手段与方法之一。
21世纪以来水资源危机日益突出,为了深入探讨自然变化和人类活动影响下的水文循环与水资源演化规律,基于DEM的分布式水文模型成为当今水文界研究的热点。
回顾水文模型的发展历史,不难发现分布式水文模型并不是一个新的概念。
早在20世纪70年代,国外就开始了分布式水文数学模型的研究,1969年Freeze和Harlan发表了《一个具有物理基础数值模拟的水文响应模型的蓝图》的文章。
目前代表性的模型有: SHE模型、IHDM模型、SWAT模型等。
我国在分布式水文模型的研制方面则起步较晚,目前还没有比较成熟或者得到国际上普遍认可的分布式水文模型。
同时国外的模型也不太适用于中国的国情,许多模型在具体引用时还存在很多的问题。
因此,我们急需在借鉴国外先进模型的基础上,利用现代科学技术(尤其是计算机和"3S"技术),研制适合我们国情的分布式水文模型。
"3S"技术的引进,为水文科学注入了新的血液。
目前水文模拟技术趋向于将水文模型与地理信息系统(GIS)集成,以便充分利用GIS在数据管理、空间分析及可视性方面的功能。
而数字高程模型(DEM)是构成GIS的基础数据,利用DEM可以提取流域的许多重要水文特征参数,如坡度、坡向、水沙运移方向、汇流网络、流域界线等。
因此,基于DEM的分布式水文模型是现代水文模拟技术发展的必然趋势。
基于DEM的分布式水文模型,通过DEM可提取大量的陆地表面形态信息,这些信息包含流域网格单元的坡度、坡向以及单元之间的关系等。
同时根据一定的算法可以确定出地表水流路径、河流网络和流域的边界。
在DEM所划分的流域单元上建立水文模型,模拟流域单元内土壤~植被~大气(SVAT)系统中水的运动,并考虑单元之间水平方向的联系,进行地表水和地下水的演算。
概括起来,由于建立在DEM基础之上,分布式水文模型具有以下特色:①具有物理基础,描述水文循环的时空变化过程。
分布式水文模型与网络GIS技术集成的研究
陈文龙;张煜;曹波;沈定涛;叶松
【期刊名称】《长江科学院院报》
【年(卷),期】2016(033)011
【摘要】分布式水文模型是目前流域模型方面的研究热点.为此,将分布式水文模型与网络GIS技术相集成,探讨了分布式水文模型在网络GIS框架下的数据存储、物理实现和消息通信方式,设计了完整的分布式水文模型与网络GIS框架集成方案,并根据集成方案实现了CREST模型的网络计算服务实例.实例结果表明,分布式水文模型与网络GIS技术集成具有良好的应用效果,能够拓展分布式水文模型的应用范围.
【总页数】5页(P49-53)
【作者】陈文龙;张煜;曹波;沈定涛;叶松
【作者单位】长江科学院空间信息技术应用研究所,武汉 430010;长江科学院空间信息技术应用研究所,武汉 430010;长江科学院空间信息技术应用研究所,武汉430010;长江科学院空间信息技术应用研究所,武汉 430010;长江科学院空间信息技术应用研究所,武汉 430010
【正文语种】中文
【中图分类】P333;P208
【相关文献】
1.空间数据库在分布式水文模型中的集成应用 [J], 秦奋;汤富平;刘芬
2.分布式水文模型和GIS及遥感集成研究 [J], 刘三超;张万昌
3.分布式水文模型和GIS及遥感集成研究 [J], 刘三超;张万昌
4.集成GIS技术的怒江流域坡度对耕地资源影响程度研究——以泸水市为例 [J], 陈应跃;沈映政;
5.基于RS与GIS技术的分布式水文模型模拟径流变化刍议 [J], 李道峰;刘昌明因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
WEP模型的开发与分布式流域水循环模拟摘要:本文介绍了WEP模型的开发和验证情况,论述了分布式流域水循环模拟的意义和作用。
在分析分布式流域水循环模拟的研究状况及面临问题的基础上,考虑到我国流域尺度大、人类活动影响深、环境复杂多变的实际情况,作者认为,基于物理概念和变时空步长的、模拟对象包括水循环的各要素过程而不仅是产汇流过程的分布式流域水循环模型将是未来的发展方向。
作者主张,应加快开发适应我国自然地理特征与气候特点的各类基于GIS的耦合式应用系统,为流域水资源管理、洪水预报调度、水环境评价、水土流失监督治理及水生态环境分析等提供强力支持关键词:流域水循环水文分布式模型 WEP一、分布式流域水循环模拟的意义与作用地球环境变化和人类活动的影响改变了水的自然循环规律, 加剧了我国水资源的供需矛盾,许多地区出现了水环境与水生态恶化的严重局势。
地表水、地下水及人工侧支循环水等各类水资源转化频繁,狭义的水资源概念与传统的水资源评价方法已显不适。
20世纪80年代中期以来,随着计算机技术、地理信息系统和遥感技术的发展,从水循环过程的物理机制入手并考虑水文变量的空间变异性问题,即分布式流域水文(水循环)模型或称“白箱”模型的研究在国内外受到广泛重视,涌现出许多分布式或半分布式模型,如SHE 模型、IHDM模型及TOPMODEL模型等(参见文献1)。
另外,全球大循环(GCM)研究对陆地地表过程模拟提出了越来越高的要求,土壤-植物-大气连续体(SPAC)研究受到重视,出现了各类SVATS(土壤-植物-大气通量交换方案)模型,从另一方面加强了水循环的研究。
本文使用“流域水循环模拟”而不是“流域水文模拟”,意在强调需要将流域水循环系统的所有要素过程联系起来研究而不仅仅是产汇流模拟。
分布式流域水循环模拟能够回答水在时空间上如何移动和转化、什么样的工程与管理措施才能减少无效耗水以及人与生态如何分水等问题,而且其模型参数具有物理意义、可根据测量和下垫面条件进行推算。
分布式水文模型构建理论与方法述评分布式水文模型是一种建模方法,通过将水文模型的计算任务分配到多个计算节点上进行并行计算,提高了计算效率和模型的准确性。
下面将对分布式水文模型构建的理论与方法进行述评。
首先,分布式水文模型构建的理论基础是分布式计算和水文模型。
分布式计算是基于计算机网络来组织和实现分散在不同计算节点上的计算任务,并通过通信与协调机制来实现任务之间的协同工作。
水文模型是对水文过程进行定量描述和模拟的数学模型,例如流域水循环模型、水质模型等。
分布式水文模型构建理论就是将这两个领域的理论知识相结合,以适应大规模水文模拟与预测的需求。
其次,分布式水文模型构建的方法主要包括任务划分、数据传输与同步、算法设计和结果集成等步骤。
任务划分是将水文模型的计算任务划分为多个子任务,并分配到不同的计算节点上进行并行计算。
数据传输与同步是指不同计算节点之间进行数据交换和同步,以保证各个子任务计算能够正确进行。
算法设计是指针对分布式环境下的计算特点,设计适用的并行算法来实现水文模型的计算。
结果集成是指将各个子任务的计算结果进行整合,得到最终的水文模型的结果。
在任务划分方面,可以采用基于空间划分的方法,将流域按照空间位置划分为多个子区域,每个子区域分配给不同的计算节点进行计算。
在数据传输与同步方面,可以采用消息传递的机制,通过网络传输数据和同步各个计算节点的状态。
在算法设计方面,可以利用并行计算中的数据并行和任务并行来实现水文模型的计算。
在结果集成方面,可以采用加权平均的方法,将各个子任务的计算结果按照一定权重进行加权求和。
分布式水文模型构建的优点在于提高了模型的计算效率和模拟精度。
由于水文模型的计算任务可以并行处理,大大缩短了计算时间。
同时,分布式水文模型还可以利用多个计算节点的计算能力,增加了模型的计算资源,提高了模拟精度。
此外,分布式水文模型还具有较好的可扩展性和可靠性,可以根据任务的规模和计算资源的情况,动态调整计算节点的数量和规模,以适应不同场景下的模拟需求。
基于Web GIS的长江流域干旱评估预报系统设计李鹏飞;王延乐;王志飞;黄栋【摘要】针对长江流域水旱灾害管理以及实现水利信息化的需求,自主设计开发了长江流域干旱评估预报信息系统.该系统运行环境为Web上的三维GIS平台,采用B/S模式开发,整体框架为Web GIS架构.该系统的建成可为流域水利信息的科学管理和永久保存提供条件,实现信息观测与计算的三维可视化及数字化管理,能有效保证水利信息管理的统一性、科学性、实时性、实用性和高效性,为长江流域的旱情提供有效的、实时的预报信息.【期刊名称】《人民长江》【年(卷),期】2014(045)002【总页数】4页(P18-21)【关键词】Web GIS;系统设计;干旱预报;信息系统【作者】李鹏飞;王延乐;王志飞;黄栋【作者单位】武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,湖北武汉430079;长江水利委员会水文局长江水文技术研究中心,湖北武汉430010;长江水利委员会水文局长江水文技术研究中心,湖北武汉430010;武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室,湖北武汉430079【正文语种】中文【中图分类】TP391长江是中国水量最丰富的河流,对我国的气候、资源、环境、经济等都起着非常重要的作用。
在数代人的努力下,治江事业有了很大的发展,但同时水旱灾害依旧严重,流域各地的丘陵区几乎都有不同的水旱灾害,严重影响着我国国民经济的持续发展。
针对治江事业现状及存在的问题,实现长江流域水利信息化管理就显得十分重要。
实现水利信息化是传统水利向现代水利和可持续发展水利转变的必要前提和保障。
水利信息化,就是充分利用现代通讯、计算机网络等先进的信息技术,充分开发应用与水有关的信息资源,包括采集、传输、存储、处理和利用水利信息,直接为防汛抗旱、水资源开发利用、配置、保护及决策管理服务,从而全面提高水利建设和水事务处理的效能及效益[1]。
本文中的长江流域干旱评估预报信息系统就是水利信息化的成果之一。
基于分布式水文模拟的三峡区间洪水预报(Ⅰ)——模型构建及验证许继军;杨大文;蔡治国;金勇【期刊名称】《水文》【年(卷),期】2008(28)1【摘要】长江三峡区间因暴雨形成的洪水峰高量大,对三峡水库的防洪安全和运行调度的影响很大.本论文依据三峡地区的地形地貌特征,采用基于GIS的机理性分布式水文模型,来模拟三峡区间入库洪水,以尽量减少洪水预报中的不确定性.利用近期建成的78个自动雨量站网监测的小时降雨信息作为模型的输入,对模型参数进行了率定和验证,结果表明:大多数洪水过程的模拟精度较好,但也有的模拟结果较差,其中降雨信息缺失是洪水预报不确定性的主要来源.【总页数】6页(P32-37)【作者】许继军;杨大文;蔡治国;金勇【作者单位】清华大学水利系,水沙科学与水利水电工程国家重点实验室(筹)北京,100084;长江科学院,湖北,武汉,430010;清华大学水利系,水沙科学与水利水电工程国家重点实验室(筹)北京,100084;长江三峡工程开发总公司,湖北,宜昌,443000;清华大学水利系,水沙科学与水利水电工程国家重点实验室(筹)北京,100084【正文语种】中文【中图分类】P338【相关文献】1.分布式水文模型结合雷达测雨用于三峡区间的洪水预报 [J], 许继军;杨大文;蔡治国2.考虑预见期降水的三峡水库区间洪水预报模型研究 [J], 张洪刚;郭生练;周芬;刘攀;程海云;陈桂亚;闵要武;杨文发3.分布式水文模型结合气象预报方法初步探讨——以三峡区间实时洪水预报为例[J], 庞树森;许继军4.基于分布式水文模拟的三峡区间洪水预报(Ⅱ)——雷达测雨应用 [J], 许继军;蔡治国;刘志武;杨大文5.基于VIC模型的柳江流域分布式水文模拟与应用 [J], 汪伟;方秀琴;杜晓彤;吴陶樱;吴小君因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
基于GIS的分布式水文模型系统开发研究
吕爱锋;王纲胜;陈嘻;冯先伟
【期刊名称】《中国科学院研究生院学报》
【年(卷),期】2004(021)001
【摘要】近几年,随着计算机、地理信息系统GIS和遥感技术的发展,分布式水文模型得到了迅速发展.首先介绍了地理信息系统在分布式水循环模型的应用,探讨了地理信息系统与分布式水文模型的4种集成模式;然后应用松散耦合结构开发了基于GIS的"水循环机理-系统理论相耦合的时变增益分布式水文模型"系统,并在甘肃省内板桥流域进行了实例验证,获得了良好的模拟效果.
【总页数】7页(P56-62)
【作者】吕爱锋;王纲胜;陈嘻;冯先伟
【作者单位】中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐,830011;中国科学院地理科学与资源研究所,北京,100101;中国科学院地理科学与资源研究所,北
京,100101;中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐,830011;中国科学院新疆生态与地理研究所,乌鲁木齐,830011
【正文语种】中文
【中图分类】P343.1
【相关文献】
1.基于VB+MAPX的GIS系统设计与开发研究--以山东省辖淮河流域水环境管理系统为例 [J], 于明洋
2.基于GIS的城市停车规划系统(UPP-GIS)的开发研究 [J], 裴玉龙;陶泽明
3.基于GIS的矿产资源规划管理信息系统开发研究 [J], 张洺滈
4.基于组件式GIS的森林火灾管理系统开发研究 [J], 支伟峰
5.基于ArcGIS Engine的城市基础地理信息数据库系统开发研究 [J], 何建国;吕从;刘伟;王杰
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B/S体系架构下Web水文模型--DotTop的构建及应
用研究的开题报告
一、研究背景
随着互联网技术的不断发展,B/S体系架构下的Web应用程序已经
成为各行业信息化建设的方向。
水文模型是水文学领域非常重要的工具,其在水资源管理、水文预报、洪水防御等方面都具有重要应用价值。
基
于B/S体系架构的Web水文模型将模型与互联网技术结合起来,实现“任何地点,任何时间,任何设备”都可以访问和使用模型的目的,有
助于提高水文学领域的信息化水平。
二、研究内容
本研究将通过以下步骤实现B/S体系架构下Web水文模型的构建及应用:
1.研究常用的水文模型,选择一种适合于Web应用的模型作为研究对象,进行理论研究和实验验证。
2.基于Java Web技术,搭建Web应用程序框架,实现水文模型的
网络化调用和计算。
3.设计Web应用程序的用户界面,包括输入数据的界面和结果显示
的界面,提高用户交互的友好性。
4.利用实例数据对Web水文模型进行仿真分析,并与传统的水文计
算方法进行比较,验证Web水文模型的可行性和优越性。
三、研究意义
本研究的成果可应用于水文学相关领域的信息化建设中,有助于提
高水文学领域的计算效率和管理水平,同时也有助于推动B/S体系架构
下Web应用程序在各行业的应用发展。
第30卷第8期2 0 1 2年8月水 电 能 源 科 学Water Resources and PowerVol.30No.8Aug.2 0 1 2文章编号:1000-7709(2012)08-0020-04基于WebGIS的分布式水文模型构建研究刘瑞娟,安聪荣(中国石油大学地球科学与技术学院,山东青岛266555)摘要:为实现多用户在线参与流域管理、提高流域管理效率,构建了基于WebGIS和分布式水文模型的面向服务的流域水资源管理系统Web-ESSI,采用.NET三层分布式架构和MVC设计模式,以ArcGIS Server为WebGIS构建平台、分布式水文模型ESSI为水文过程模拟工具、SQL Server为数据管理系统,结合Visual C#2005面向对象编程语言实现系统搭建,并应用于山东省临沂流域,实现了多用户同时查询水资源信息、水文过程动态模拟和空间可视化分析。
关键词:WebGIS;ESSI;ArcGIS Server;MVC设计模式;临沂流域中图分类号:TV882.8;P333文献标志码:A收稿日期:2011-12-22,修回日期:2012-02-15作者简介:刘瑞娟(1976-),女,讲师,研究方向为遥感与地理系统应用,E-mail:liu761011@126.com 一个高效的流域管理系统涉及到大量空间数据,GIS技术的出现为流域的科学管理提供了技术支持。
利用GIS技术能将流域的各种地理环境要素(包括地理空间分布状况和所具有的属性数据)进行数据存储,并进行有效的管理。
通过空间分析技术和可视化技术可进行各种综合分析,并能以图形、多媒体、数字等方式表达结果。
目前,水文模型已开始用于流域管理中,并与GIS成功耦合[1~4]。
随着Internet技术的不断发展和对GIS的需求日益增长,利用Internet在Web上发布空间数据,为用户提供空间数据浏览、查询和分析的功能已成为GIS发展的趋势,于是基于Internet技术的地理信息系统(Web GIS)应运而生。
Web GIS将地图与相应的数据库结合,实现了图形与数据有效的连接。
Web GIS是当今GIS发展的热点。
我国在这一领域的研究和开发大多还仅限于实现流域水资源的查询、检索、地图发布和简单的空间分析,将水文模型尤其是将分布式水文模型与WebGIS相耦合较少。
鉴此,本文在基于WebGIS构建平台ArcGIS Server的基础上,采用MVC设计模式,构建了基于分布式水文模型ESSI与Inernet技术的面向服务的流域管理系统。
1 分布式水文模型(ESSI)水文模型是基于Web的流域管理系统的核心部分,可划分为集总式水文模型和分布式水文模型。
集总式模型参数较少,但忽略了下垫面条件的时空变化,不能反映人类活动对水文过程的影响,而人类活动尤其是土地利用的变化又是流域环境变化的主要因素,因此需选择一种能描述下垫面时空差异性并具有连续模拟能力的分布式水文模型。
本文选取分布式水文模型ESSI[5]模拟水文过程。
ESSI模型是以栅格为模拟单元的分布式水文模型,在栅格尺度上完成降水、蒸散发、冠层截流、地表水下渗等水文过程,框图见图1。
图1 基于通用产流模式的分布式水文模型ESSI框架Fig.1 Distributed hydrological modelESSI based on general water-yield processESSI模型易于与RS、GIS和DEM数据匹配,具备与气候模式嵌套的快速扩展的能力,能模拟不同下垫面特征、不同气候条件下的流域水文过程,可得到任意空间位置、任意模拟时段的水文子过程的空间分布;还能模拟短期暴雨径流过程和长期降雨径流过程,能定量分析不同时间尺度下流域的水文水资源动态变化。
ESSI模型在湿润、半湿润区的江口流域和干旱、半干旱区的黑河山区流域进行了验证。
结果表明,ESSI模型可模拟不同气候、不同下垫面特第30卷第8期刘瑞娟等:基于WebGIS的分布式水文模型构建研究征下、从次洪过程到长时段的日、月、年尺度的降雨径流过程模拟,可实现洪水的预报和长时段径流过程模拟和预测,可为人类科学合理地管理水资源提供参考依据[5]。
2 系统架构与系统设计2.1 系统架构目前,WebGIS的主要实现技术有:基于公共网关接口技术(CGI)的构造方法[6];基于ServerAPI的WebGIS构造方法[7];基于Plug.in的WebGIS构造方法;基于Active控件的WebGIS构造方法;基于Java Applet的WebGIS构造方法等。
大多数WebGIS采用CGI/Server API构造技术。
与ArcIMS相比,除能对空间数据进行显示外,ArcGIS Server还可利用自身的API对空间数据进行管理和操作[8]。
结合技术发展和软件扩展,并综合考虑发展趋势、开发成本和应用环境等因素,提出了以ArcGIS Server为WebGIS构建平台,选用Windows运行环境,以SQLServer 2005为后台数据库平台,Microsoft VisualStudio.NET 2005编程工具为开发环境,Web服务器选用IIS5.1,利用微软.NET三层分布式的架构进行设计开发。
系统体系结构见图2。
图2 Web-ESSI系统结构图Fig.2 Architecture of Web-ESSI system2.2 Web-ESSI系统设计模式为使系统具有较强的伸缩性,更易于扩展和维护,Web-ESSI采用MVC设计模式进行开发,将应用程序的输入、处理和输出强制性分开,使其各自处理各自的任务。
MVC设计模式由模型(Model)、视图(View)和控制器(Control)三个核心部分组成,相互独立,从而使软件在代码复用和构架方面上了一个新台阶,使软件具有更强的健壮性和可扩展性。
(1)控制层处理用户与软件的交互操作。
接收用户输入,将输入反馈给模型,进而实现对模型的计算控制。
在Web-ESSI模型中,控制层中主要定义了日志管理、模型参数设置和模型参数传递、模拟结果输出、数据访问等功能。
在系统设计时将这些功能抽象出形成C#中的类或接口,调用这些类或接口完成控制功能,见表1。
表1 控制层中的主要类和功能Tab.1 Main class of control layer and function主要类功能日志记录用户登录信息和程序发生异常的信息模型运行参数从外部读入或用户设置模型运行参数栅格图层读入各种栅格数据,并初始化图层数据,定义图层的各种信息,包括分辨率、坐标系统等气象数据参数读入各种气象数据,对气象数据进行空间插值土壤参数数据定义从数据库中读取各种土壤参数数据和土地利用属性数据的方法结果输出定义模型模拟结果的输出形式和输出类别(2)实现模型层的相关计算。
在Web-ESSI中,模型层的实现主要是实现分布式水文模拟过程中涉及的模型及其相关算法。
根据文献[5],水文过程中的冠层截留采用改进的概念性Aston指数模型模拟。
林冠截留量为:Iint=Cm(1-e-kPCm)+ewT(1)式中,Iint为冠层截留能力;Cm为冠层截留能力;k为降雨截留系数;P为降雨量;ew为林冠蒸发率;T为降雨历时。
融雪量采用度日因子法估计:M=Mf(Ti-Tb)(2)式中,Mf为度日融雪因子;Ti为气温指标,可取为日平均温度或日最高温度;Tb为基础温度,通常取为0℃。
潜在蒸散发(EP)可由实测数据得到,也可由PM法得到:EP=Δ(Qn-G)+8.64×104γ(0.622λρair/P)(e0z-ez)/γaΔ+γ1+γcγa(3)式中,Qn为冠层表面净辐射;G为土壤热通量,在长时段模拟时取为0;ρair为空气密度;P为大气压;ez为高度z处的实际水汽压,由相对湿度计算获得。
实际蒸散发采用Bouchet提出的互补相关方程:Ea+EP=2Ep0(4)式中,Ea为实际蒸散发量;Ep0为区域地表均一且充分湿润时的蒸散发量,此时潜在蒸散发量和实际蒸散发量相等。
地下水下渗采用霍顿模型,其计算公式为:f=fc+(f0-fe)ekt(5)式中,f为时段下渗率;fc为稳渗滤;f0为起始下·12·渗率,fe为稳渗率;k为下渗曲线系数;t为时间。
将这些模型和算法编译成C#中的类或接口,模型层主要水文过程类见表2。
表2 模型层主要水文过程类Tab.2 Model layer of main hydrological process水文过程类功能冠层截留计算计算冠层截留河网计算计算坡度、坡向,并通过填洼、计算流向矩阵等提取流域河网潜在蒸散发计算利用综合法(PM)计算潜在蒸散发地表水下渗利用霍顿模型计算地表水下渗空间插值进行气象数据的空间插值土壤参数计算各种土壤参数栅格单元产流采用蓄渗一体化动态产流方案计算栅格单元产流汇流计算利用马斯京根汇流法进行汇流计算3 应用以临沂流域为例。
临沂流域是沂沭河流域的一部分,集水面积为10 040km2,属于半湿润半干旱地区,植被很少,土层较薄,有部分陡峭的山区;全年平均气温14.1℃,极端最高气温36.5℃,最低气温-11.1℃,年降水量849mm;流域内水库较多,大、中、小水库90座,受人类活动干扰较强。
本文模拟2001~2003年水文过程。
气象数据空间插值方法选择距离平方反比法,潜在蒸散发数据通过读入实测数据获得,实际蒸散发选择互补相关法,下渗曲线模型选择霍顿模型,地表水、地下水和壤中流均选取滞时演算法做为汇流方案。
Web-ESSI系统应用过程见图3。
由图可看出:①进入Web-ESSI水资源管理系统首页,运行Web-ESSI。
②通过模型参数页面加载模型所需要的数据。
用户输入模型运行参数并选择合适的方法,驱动应用层ESSI模型运行。
③模型模拟结果以图形形式展现给用户。
该系统不仅可实现多用户同时在线进行水资源信息查询,且能实现对水文过程的动态模拟。
4 结语a.本文以ArcGIS Server为WebGIS开发平台,以分布式水文模型ESSI为水文过程模拟工具,采用先进的MVC设计模式构建了基于Web的流域管理系统Web-ESSI。
b.实例应用结果表明,该系统反映和模拟了不同下垫面特征、不同气候特征下的任意空间位置水文过程,实现了多用户同时在线查询水资源信息及对水文过程动态模拟和空间可视化分析。
图3 Web-ESSI运行效果图Fig.3 Graphics of Web-ESSI interface and results参考文献:[1] Cowen D J,Jensen J R,Bresnahan P J,et al.TheDesign and Implementation of an Integrated Geo-graphic Information System for Environmental Ap-plications[J].Photogrammetric Engineering andRemote Sensing,1995,61(11):1 393-1 404.[2] Smith M B,Vidmar A.Data Set Derivation for GIS-Based Urban Hydrological Modeling[J].Photogram-metric Engineering and Remote Sensing,1994,60(1):67-76.[3] Warwick J J,Haness S J.Efficacy of ARC/INFOGIS Application to Hydrologic Modeling[J].Jour-nal of Water Resources Planning and Management,1994,120(3):366-381.[4] Ross M A,Tara O D.Integrated Hydrologic Mod-eling with Geographic Information Systems[J].Journal of Water Resources Planning and Manage-ment,1993,119(2):129-140.[5] 张东.基于渗蓄一体化动态产流机制的分布式水文模型研究[D].南京:南京大学,2006.[6] 宋关福,钟耳顺,王尔琪.WebGIS基于Internet的地理信息系统[J].中国图像图形学报(A辑),1998,3(3):251-254.(下转第218页)·22·水 电 能 源 科 学 2012年(上接第22页)[7] 康冬舟,范大凯.基于CGI结构的WebGIS应用研究[J].东北测绘,2002,25(1):3-9.[8] Averill 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in Linyi basin in Shandong Province,which realizes the function of muti-userquerying water resource information,dynamic simulation of hydrological process and spatial visualization analysis.Key words:WebGIS;ESSI;ArcGIS Server;design pattern of MVC;Liny櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀iwatershed(上接第43页)参考文献:[1] 浙江省统计局.浙江乡镇统计年鉴[M].北京:中国统计出版社,2004.[2] 伍远康.浙江长潭水库富营养控制策略研究[J].科技通报,2012,28(1):173-177.[3] 中国环境科学研究院.地表水环境质量标准(GB3838-2002)[S].北京:中国环境科学出版社,2002.[4] 纪伟涛,邬国锋,吴建东,等.大湖池水体透明度、水位及两者之间关系分析[J].水资源保护,2010,26(1):36-39.[5] 水利部水文局,水利部水质监测评价研究中心.地表水资源质量评价技术规程(SL395-2007)[S].北京:中国水利水电出版社,2007.[6] 李林春.南湾水库鲢鳙放养比例对水质调控的研究[J].水生态学杂志,2010,3(4):70-73.[7] 屈道村,屈艺.长潭水库富营养化现状及防治对策[J]环境监控与预警,2011,3(1):41-43,53.Eutrophication Evaluation and Control Countermeasures of Changtan ReservoirGUO Xin,JIANG Cuiling(College of Hydrology and Water Resources,Hohai University,Nanjing 210098,China)Abstract:According to the eutrophication of Changtan reservoir in recent years,this paper analyzes the annual varia-tion tendency of water quality in three routine sections during 2007~2011.And then the nutrition level of Changtan reser-voir is evaluated with evaluation criterion and classification method of the reservoir.The results show that the water quali-ty has been in mesotrophic status and the main reason of water quality variation is caused by the pollutants in the upstreamflow.The agricultural non-point source pollution is the main reason for water eutrophication.So,the measures,such ascontrolling pollution source and removing bottom sediment,are advised to be taken.Key words:water quality;eutrophication;factors;countermeasures;Chang櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀櫀tan Reservoir(上接第89页)[9] 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compared.And the slope safety factor of the dam is calcu-lated by using finite element method and quasi-static method.The results show that the primarily liquefied area is in thereservoir and the area below overflow point if the measures of draining leakage is failure;the dam safety factor does notmeet the specification requirements and the tailings dam is not safe;after application of the siphon well,the liquefied areareduces significantly,which is only in the reservoir area;the region near water line is the maximum and the dam safetyfactor reaches the current specification requirements;the tailings dam is safety and stability.Key words:tailing dam;earthquake;water seepage drainage;siphon well;liquefaction·812·水 电 能 源 科 学 2012年。