1.4 國外數字流域技術發展概況

發達國家的數字流域是與流域管理現代化緊密結合的，從數字化、建模、系統仿真到虛擬現實，歷經了不到30年的時間。在這個不長的歷史階段，現代科學技術在傳統水利上的應用得到了充分體現。流域管理的觀念發生了根本的改變，盡管世界各國的河流的自然條件千差萬別，但實現流域的現代化管理，是世界各國發展和追求的共同目標。流域現代化的管理，從某種意義上講則是“數字化管理”，是應用遙感（RS）、數據收集系統（DCS）、全球導航定位系統（GNNS）、地理信息系統（GIS）、計算機網絡和多媒體技術、現代通信等高科技手段，對河流（流域）資源、環境、社會、經濟等各個復雜系統進行數字化、數字整合和仿真，組成集成的應用系統，并在可視化的條件下提供決策支持和服務[172]。

1.數據采集與管理

數據采集系統主要由固定觀測站、地面雷達網、遙感衛星等組成，主要包括：水文水質監測網、氣象監測網、大地測量站網、航天和航空遙感監測體系及其他監測站網。監測項目包括：水質監測、水文、氣象監測、地形地貌監測、水庫、積雪、氣象、水土流失、堤壩安全等。信息傳輸主要采用微波、超短波、光纜、通信衛星等技術。水文、氣象站點數據的采集主要采用壓力式、氣泡式和超聲波等自記和實時遠傳的水位計、雨量自動記錄儀、溫度自動記錄儀等自動化儀器，水文（含水質）、氣象數據采集基本上實現了由手工作業向自動化測量的過渡。堤防安全的監測采用光纜變形的方法，其基本原理是堤防發生滲水、沉陷等變形后通過系在光纜上的重球帶動光纜變形，進而監測出堤防的變化，變形后的光纜起到傳感器的作用。通常情況下實時資料的監測每隔5～60min觀測、存儲一次，每隔4h傳輸到信息中心。在緊急狀態下，觀測傳輸的頻率加大。所有信息資料經電話、電報、網絡或通信衛星傳輸到存儲處理中心，在大多數情況下，這些實時資料在3min之內就可在網站查閱。

對地下水情況的觀測和管理采用遙測井點觀測，這些資料以離散或連續的格式進行采集存儲。一些連續觀測站的資料經電話、網絡或通信衛星傳輸到流域信息處理中心。觀測內容為地下水的物理化學特性，包括pH值、傳導度、溫度、溶解氧和飽和溶解氧的百分比、氣溫和氣壓等參數。

2.數據庫

數據庫包括水文資料數據庫、氣象資料數據庫、水質資料數據庫、地理數據庫、水質水量評估結果數據庫等流域管理數據庫，其主要任務是收集實時數據（原始數據、未校驗數據），并進行數據資料的檢驗、整編、存檔、處理。其功能是檢驗數據的可靠性、維護數據的完整性、數據資料利用的有效性，為水資源利用、防洪、水污染治理等方面提供數據。

3.洪水預報預警調度與水資源管理

在洪水預報預警調度方面，流域尺度的洪水預報模型廣泛運用于洪水預報預警；洪水調度則采用計算機模擬技術進行多目標優化。

在水資源管理方面，水資源配置的監控實現了數據和控制指令的實時傳輸的自動化。在運作的過程中，所使用的不同通信方式之間能夠相互兼容，實現數據和資源共享，利用現有的通信網絡，以及考慮網絡發展和更新的需求。在實時監控中使用的主要軟件大都進行了軟件模塊化，同時配備友好的用戶界面。主要模塊和子系統有灌區配水系統、水力計算、數據采集及管理、用戶信息管理（包括水預定模塊、數據記錄模塊、農作物用水量模塊、水費及賬單模塊、客戶Web訂單模塊）、水需求預測、水市場管理、網絡信息管理、網絡信息更新等。滿足水資源分配中的水權、水價及水市場問題，建立了較完善的監控系統，實現了流域管理和配水的現代化。

4.應用系統軟件開發和模擬仿真

為方便流域管理，建立了生態系統模擬模型、水質模擬模型、地表水管理模型、地下水運作及管理模型、洪水預警預報模型等，并開發了相應的系統軟件，其中應用比較廣泛的有：主要用來模擬水資源動態變化的HEC-HMS、LEACHM、SWIM、SPAC和TOPG-IRM模型，用來模擬流域的物理、化學和生物過程的WAVES模型，用于模擬水環境變化的SEESAW模型。