数字流域系统

数字流域系统说明书

(流域水文分析与水资源综合管理平台)


​一、系统架构概述​

本系统融合地理信息、水文模型与数值模拟技术,构建覆盖 ​​流域信息管理—专业模型计算—决策支持服务​​ 的全链条数字化平台,适用于防洪调度、水质评估、水资源规划等核心业务场景。


​二、核心功能模块说明​

​1. 流域信息管理模块​
  • ​多源数据集成​
    • 支持水文测站、水利工程、污染源、社会经济等全要素数据接入
    • 兼容地理信息数据(MapInfo MIF格式及其他GIS系统格式)
  • ​空间数据标准化​
    • 数字高程模型(DEM)基面管理
    • 河道/水系拓扑关系自动化构建
    • 雨量站动态泰森多边形分析(自动生成流域降雨等值线)
  • ​动态建模支持​
    • 河道/湖泊二维网格剖分可视化
    • 平原区下垫面栅格化与产流分配建模
    • 水利工程调度规则可视化配置
​2. 专业模型计算引擎​
​(1)水量模拟模块​
​模型类型​ ​核心能力​
​山区水文模型​ ◾ 基于DEM生成产汇流模型
◾ 耦合水库/河道洪水演算
◾ 多模型协同(水文+水动力)
​平原水文模型​ ◾ 四类下垫面产流分析(水田/旱地/水面/建设用地)
◾ 单位线汇流计算
◾ 河网汇流分配
​河网一维水动力模型​ ◾ 求解圣维南方程组
◾ 断面水位/流量过程模拟
◾ 堰闸泵工程过流与调度控制
​二维水动力模型​ ◾ 湖泊/行蓄洪区流场模拟(支持风场影响)
◾ 溃堤分洪影响分析
◾ 桥墩/码头水流扰动计算
​(2)水质模拟模块​
  • ​污染负荷模型​
    ▶ 点源/面源(工业/农业/生活)排污量时空分布计算
  • ​水质迁移模型​
    ▶ 河网/湖泊二维水质扩散模拟(BOD/COD/TP/TN等12项指标)
    ▶ 水动力-水质耦合计算
​(3)泥沙模拟模块​
  • 一维悬移质与推移质输移
  • 二维床沙调整与冲淤计算
  • 水沙耦合数值模拟
​3. 决策支持功能模块​
​功能​ ​应用场景​
​来水组成分析​ 溯源指定断面的水量来源区域(支持按行政分区/汇流路径划分)
​并行计算加速​ 一维河网模型分布式计算(提速3-8倍)
​Web远程计算服务​ 提供API接口供防洪调度系统调用模型结果
​实时洪水预报​ 基于水文模型输出任意河道断面水位/流量预报过程
​水环境影响评估​ 模拟污染物扩散范围与浓度变化

​三、关键技术特性​

  1. ​空间分析能力​
    • 动态生成流域水系拓扑关系
    • 自动剖分复杂水域二维计算网格(三角形/四边形混合网格)
  2. ​参数化建模​
    • 糙率、涡粘系数等水动力参数可视化配置
    • 产流/汇流/水质衰减系数批量优化
  3. ​多尺度耦合​
    • 山区-平原水文模型串联
    • 一维河网与二维湖区动态耦合计算
  4. ​工程影响模拟​
    • 闸泵调度对河网水位的干扰分析
    • 桥梁/码头建设对局部流场的影响评估

​四、业务应用输出​

  • ​防洪调度​​:溃坝淹没范围模拟、分洪方案效果预演
  • ​水资源配置​​:多水源联合调度方案比选
  • ​水污染溯源​​:污染源贡献率量化分析
  • ​涉水工程规划​​:水利工程布局对水动力影响评估

​五、系统部署与集成​

  • ​部署模式​​:支持本地化部署与云端SaaS服务
  • ​数据接口​​:
    # 实时数据接入示例
    import hydro_api
    api = hydro_api.Connect(ip="10.0.0.1", port=8080)
    station_data = api.get_realtime(station_id="RH001", data_type="water_level")
  • ​安全机制​​:传输加密(AES-256)+ 操作审计日志

​系统版本​​:数字流域系统 V5.2
​运行环境​​:

  • 操作系统:Windows Server 2019/CentOS 7.6+
  • 依赖库:GDAL 3.4、NetCDF 4.8、MPICH 3.3.2
    ​交付清单​​:
    1.《流域建模操作手册》
    2.《模型参数率定指南》
    3.《API接口开发文档》
    4.《典型应用场景案例集》

(本说明书严格规避特定品牌标识,全部功能描述基于原始技术能力重构表述)

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