数字集水区集成化的水资源调配系统建模研究

发布时间：2020-08-09 13:22

【摘要】：数字集水区是中国水利现代化建设的重要组成部分,是集水区实施可持续发展和现代化管理的重要技术手段。论文第一部分针对目前集水区综合管理过程中面临的资源环境和管理问题,在全球信息化大背景下,以数字地球及其相关技术体系为主要技术手段构建数字集水区系统,提出数字集水区的内涵、主要建设内容、总体架构和实施方案,为我国集水区实施信息化建设提供可行性较高的理论基础框架。由于水资源在集水区社会经济发展中具有不可替代性的重要作用,对水资源进行优化调配是解决集水区水资源分布不均、供需不平衡、缓解部分地区严重缺水、实现水资源高效利用的主要途经。论文的第二部分首先对集水区水循环过程和物理机制进行了深入分析,并对现有的求解大型供水工程水资源优化调配问题的模型及算法的局限性进行了探讨,在充分考虑集水区水资源系统结构和运行调度规则的基础上,利用大系统分解协调原理建立了具有两层递阶结构的集水区水资源优化调配理论模型,并联合利用优化模拟技术和优化控制算法对模型进行求解。论文的第三部分提出了在数字化的环境下利用组件技术将水资源优化调配模型和基于GIS的多源信息综合管理系统进行有机融合和集成的理论方法。为解决模型和GIS集成过程中的数据匹配和统一管理问题,论文的第四部分建立了GIS环境下面向集水区管理的数据组织管理概念模型,并利用面向对向技术建立对象—关系模型和进行了数据表结构的设计。论文的第五部分是以数字集水区水资源优化调配模型为研究对象,以GIS环境下的数据组织管理模型和数据集成分析技术为手段,提出了集成化的水资源调配系统数据库的详细设计方案。论文最后对全文研究成果和创新点进行总结,并对有待进一步研究的问题做了展望。论文的主要创新点如下: (1)本文提出的数字集水区总体架构和实施策略充分考虑了中国集水区综合管理的现状、需求,具有层次分明、经济实用、智能化、网络化、可视化、信息资源高度集成等特点,有效克服了目前地区信息化过程中各个信息管理系统和应用平台重复建设,信息资源分散、共享能力差等潜在问题。 (2)本文提出的集水区水资源优化调配理论模型采取与以前研究方法不同的研 WP=4 究思路:①根据集水区水土资源分布不均的情况和水利工程的布置特点,将集水区分为若干个子集水区,依据子区域的缺水状况和各用水部门的需水情况,将水库群优化调度和渠道输配水两者整合起来建立优化模型,以使集水区有限的水量优化分配给各个子集水区的各用水部门,以达到集水区水资源优化调配的目的。②通过权重系数来调节水资源在各用水部分的分配以及在各子区间的分配,使得配水决策具有较大的灵活性,充分考虑各用水部门的经济重要程度以及各行业的用水紧迫性和重要性,以提高供水的经济效益。③基于智能推理和专家知识,对系统约束条件进行简化和优化。 (3)本文建立了面向应用的“工程-项目-专题图层-图层-地物类-空间实体(点、线、面、体)”多源数据组织管理概念模型,这种结构使数据组织流程清晰,层次分明、易于理解,很容易和现实的集水区工程布置网络对应起来,不仅充分考虑了集水区现有数据及其结构的复杂性、特殊性,而且强调空间数据分析和水资源管理的专业需要,有效地解决了模型和GIS集成过程中的数据统一管理和匹配问题。 (4)本文提出的模型与GIS系统集成的方法不仅充分利用模型对水文物理过程进行动态模拟分析和决策的功能,而且充分利用GIS的空间数据管理能力,具有可移植性强、重用性高的优点。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2004
【分类号】：TV213.4
【图文】：

松散结合,方式

（2）松散关联型。包括：①通过 ASCII 码文件和二进制文件交换数据方式，3 个部分没有一个共同的界面。以 GIS 作为多源数据信息采集和管理的平台，将经过前期预处理的数据传输至水资源管理模型进行处理，再将模型分析结果返回 GIS，通过后期数据处理后利用GIS 的输出模块显示分析结果，如图 1.1 所示。其中两个关键问题是数据格式转换与数据存取操作。用户必须了解数据文件的结构和格式，而且数据模型之间的交叉索引非常重要。其优点在于可以避免重复的编程工作，简单可行、成本低、应用方便但由于编程任务较少，所以这个方法是大多数水文模型与 GIS 集成研究中普遍采用的方法。这种方法的缺点是 GIS 与水资源管理模型作为两个独立的平台，系统可靠性差，容易出现差错，且运行效率较低。

连接机制,客户端

图 4.2 Qracle 与 ArcSDE 连接机制[156]各桌面 GIS 软件系统、DSS、MIS、专业模型系统与 ArcSDE 客户端主程序进交互和集成，其中，GIS 软件系统通过 Toolkit 与 ArcSDE 客户端主程序无缝集成专业模型作为独立应用程序或动态链接库 DLL 为系统客户端主程序调用，结果保为文件或由客户端主程序实现高度的可视化。客户端与服务器端交互流程[162]为：（1）各桌面 GIS 软件系统、DSS、MIS、专业模型系统在客户端主程序界面向 ArcSDE 发出连接请求，并通过 TCP/IP 网络发送到 ArcSDE 服务器，ArcSDE 务器倾听连接请求。（2）第一次连接由 ArcSDE 的 giomgr 进程验证数据访问权限，ArcSDE 服务的初始化需要验证 ArcSDE License，通过则启动继续，否则中止程序。（3）giomgr 进程将控制权交给 ArcSDE 服务器的 gsrver 进程，由它与数据库的多源数据库进行交互。（4）与 ArcSDE 服务器的连接建立以后，客户端通过 ArcSDE 客户端 Lib 直

【参考文献】