数字河流系统的流域模型优化

在我国大中型水利水电工程建设中数学模型越来越发挥着重要作用,为工程设计和决策提供了重要的依据。但是,数学模型依赖足够的资料进行率定和验证,而原型资料往往不易获取,因此限制了数学模型的发展和应用。为了解决这一问题,需要重视原型观测和试验,取得资料并开放使用。学科的发展需要国内有关单位以及国际间加强合作,分工进行资料的收集和交流,建立资料库,达到资源共享的目的。数学模型的使用和成果的评价还需要专门的技术和经验(谢鉴衡,1990;曹叔尤,2002)。

我国河流泥沙数学模型的特点是基础理论坚实、专业性强,得到大量实际资料的验证及工程应用。缺点是模型的前后处理技术、可视化技术的水平较低,使得模型的通用性较差。国际上已经开发出几个代表性的河流数学模型,如美国的HEC系列模型、丹麦的MIKE 系列模型、荷兰DELFT 水力实验室的模型、英国HR Wallingford研究所的ISIS模型。这些模型能进行水文计算、洪水预报、泥沙冲淤计算、水质计算等,在国际上得到广泛的承认和应用。但总体而言,这些模型对泥沙输移计算的方法简单,有的还在使用平衡输沙或均匀沙输移的原理,尤其缺乏模拟高含沙水流输移的功能。(www.xing528.com)

数学模型的建立、发展主要依赖于泥沙运动的基础理论,也离不开日益发展的计算机信息技术。基于数字信息平台的数学模型的研制和开发逐渐成为新的热点。近年来数学模型的发展趋势之一便是与“RS、GPS、GIS”技术结合集成为能实时监测、计算、预报、调度、决策的河流信息系统(马蔼乃,2000)。目前国际上关于数字地球战略计划的提出和实施更是促进了这一进程。在实施数字地球的计划中,数字河流或更具体的数字黄河系统将是首选的样板。“数字黄河”是通过黄河的数字化信息服务平台,对黄河的治理开发和管理提供科学决策支持系统。因此建立黄河流域模型(包括如分布式水文模型、水沙动力学模型、水质模型、水资源优化配置模型、环境评价模型等),是“数字黄河”系统的基础。目前,黄河水利委员会已组织多方专家联合研究具有通用性、统一性的黄河泥沙数学模型。清华大学(王光谦,2004)已经开发出“黄河数字流域模型”。