基于WebGIS的降雨產(chǎn)流測報與實時水資源評價

前言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程加快，城市缺水與城市洪澇災(zāi)害并存的問題日益突出，尤其是在北方城市。例如北京市，人均占有水資源量不足300m3，僅為全國的1／8、世界的1／30，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于國際公認(rèn)的人均1000m3的缺水下限，是世界嚴(yán)重缺水的大城市之一；而另一方面，北京市在水資源短缺的同時，又突發(fā)洪澇災(zāi)害，如2004年7月10日的暴雨及2006年7月31日的暴雨，對城市交通和市民生活造成嚴(yán)重影響，給北京市防洪排澇安全帶來巨大的壓力。為應(yīng)對突如其來的暴雨，達(dá)到既能預(yù)防城市雨洪災(zāi)害，又能高效利用雨洪資源的目標(biāo)，開展降雨產(chǎn)流測報與實時水資源評價工作具有十分重要的現(xiàn)實意義，即：當(dāng)一場降雨剛剛發(fā)生之時，便根據(jù)實時降雨及蒸發(fā)等水情監(jiān)測系統(tǒng)，對本場次降雨的產(chǎn)流量、蒸發(fā)量、入滲量、地下水補給量以及出入境水量等作出快速的預(yù)報、預(yù)測或評估，及時支撐水資源調(diào)度和雨洪利用方面的決策。目前，國內(nèi)外在以河道控制斷面為關(guān)注點的洪水預(yù)報與徑流預(yù)報、長時間系列的水資源評價等方面已積累了豐富的經(jīng)驗，但在圍繞流域水資源調(diào)度和雨洪利用的實時水資源評價方面基本上是一個研究空白。盡管地表徑流的產(chǎn)流過程是快速的，但土壤水運動過程是緩慢的，地下水運動過程更是十分緩慢，因此實時水資源評價不但與本場次降雨的過程、初期土壤墑情和地下水位有關(guān)，  同時與未來的氣象條件及水資源利用情況也密切相關(guān)，開展實時水資源評價存在許多難題。本書對該命題開展了初步探索。本書是在"北京市降雨產(chǎn)流測報系統(tǒng)"研發(fā)成果基礎(chǔ)上編寫而成的。北京市水務(wù)局于2004年11月委托北京市水文總站與中國水利水電科學(xué)研究院水資源研究所聯(lián)合研發(fā)"北京市降雨產(chǎn)流測報系統(tǒng)"。目標(biāo)是建立一個科學(xué)、實用、高效、先進(jìn)的北京市降雨產(chǎn)流測報計算機系統(tǒng)，及時準(zhǔn)確掌握北京市場次降雨的產(chǎn)流量、蒸發(fā)量、入滲補給量以及出入境水量等情況，向政府管理部門、各行業(yè)生產(chǎn)單位及公眾提供降雨、產(chǎn)流及洪水等方面的信息，輔助建立快速反應(yīng)機制，為領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行水資源和雨洪調(diào)度決策提供更加科學(xué)和直觀的依據(jù)。北京市降雨產(chǎn)流測報系統(tǒng)2005年5月投入試運行。

內(nèi)容概要

本書針對我國北方城市水資源短缺與城市洪澇問題并存的實際情況，介紹了基于webGIS技術(shù)和分布式水文模型技術(shù)的降雨產(chǎn)流測報與實時水資源評價的初步研究成果，旨在為城市雨洪資源利用和水資源調(diào)度管理提供現(xiàn)代科技分析工具。全書共由9章構(gòu)成。第1章概述了實踐需求、相關(guān)技術(shù)，開展這項工作的理論與技術(shù)難點，以及應(yīng)用前景等；第2～8章分別介紹了webGIs技術(shù)、降雨產(chǎn)流測報模型、實時水資源評價、系統(tǒng)總體設(shè)計與功能、數(shù)據(jù)平臺與模型數(shù)據(jù)庫、參數(shù)率定與模型驗證以及系統(tǒng)集成與應(yīng)用；第9章簡要總結(jié)了本項開發(fā)應(yīng)用工作及體會，并討論了存在的問題與今后努力的方向。　　本書可供資源環(huán)境等相關(guān)領(lǐng)域的科研人員、大學(xué)教師、研究生以及技術(shù)管理人員參考。

書籍目錄

前言第1章　概述　1.1  降雨產(chǎn)流測報與實時水資源評價是城市水管理的實踐需求　1.2　分布式流域水文模型與WebGIS技術(shù)的發(fā)展　1.3　主要技術(shù)難點與應(yīng)用前景第2章　WebGIS技術(shù)　2.1　WebGIS概述　2.2　WebGIS基本原理　2.3　WebGIS的分類和應(yīng)用　2.4　WebGIS應(yīng)用發(fā)展前沿　2.5　基于WebGIs的水信息系統(tǒng)第3章　降雨產(chǎn)流測報模型　3.1　降雨產(chǎn)流方式　3.2　常用降雨產(chǎn)流測報方法　3.3　北京市降雨產(chǎn)流測報方法第4章　實時水資源評價　4.1　水資源評價　4.2　實時水資源評價　4.3　小結(jié)第5章　系統(tǒng)總體設(shè)計與功能　5.1　系統(tǒng)設(shè)計原則　5.2　技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范　5.3　系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)　5.4　開發(fā)策略與關(guān)鍵技術(shù)　5.5　系統(tǒng)運行環(huán)境　5.6　系統(tǒng)功能　5.7　界面設(shè)計第6章　數(shù)據(jù)平臺與模型數(shù)據(jù)庫　6.1　數(shù)據(jù)分布及數(shù)據(jù)流程　6.2　數(shù)據(jù)平臺設(shè)計與實現(xiàn)　6.3　模型專用數(shù)據(jù)庫建設(shè)　6.4　空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計　6.5　代碼設(shè)計第7章　參數(shù)率定與模型驗證  7.1　北京市概況  7.2　模型參數(shù)率定  7.3　模型檢驗  7.4　小結(jié)第8章　系統(tǒng)集成與應(yīng)用　8.1  系統(tǒng)集成　8.2　系統(tǒng)測試　8.3　系統(tǒng)應(yīng)用第9章　總結(jié)參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：雖然實現(xiàn)WebGIS的方式很多，但其基本的體系結(jié)構(gòu)還是客戶機／服務(wù)器模式。它是一種分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)?？蛻魴C川艮務(wù)器模式基于簡單的請求／應(yīng)答協(xié)議，即客戶端向服務(wù)器提出信息處理的請求，服務(wù)器端收到請求并將請求解釋后，根據(jù)請求執(zhí)行相應(yīng)操作，并將操作結(jié)構(gòu)傳遞回客戶端。在早期的WebGIS實現(xiàn)中，客戶機／服務(wù)器模式是經(jīng)常采用的一種方案。在這種結(jié)構(gòu)中，客戶端通常是同最終用戶交互的應(yīng)用軟件系統(tǒng)，而服務(wù)器由一組協(xié)作過程構(gòu)成，為客戶端提供服務(wù)（張晶，2001）。對于基于客戶機的WebGIS而言，由客戶機完成GIS分析、輸出工作。GIS數(shù)據(jù)和分析工具最初放在服務(wù)器上，運行時下載到客戶機，操作靈活。但是這種應(yīng)用軟件模式大都是基于“肥客戶機”結(jié)構(gòu)下的兩層結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件?？蛻舳塑浖话阌蓱?yīng)用程序及相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫連接程序組成，服務(wù)器端軟件一般是某種數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。客戶端軟件的主要功能是處理與用戶的交互、安裝某種應(yīng)用邏輯處理與數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的交互；服務(wù)器端軟件的主要功能是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)根據(jù)客戶端軟件的請求進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作，然后將結(jié)果傳送給客戶端軟件。二者之間的通訊主要是通過SQL語句。兩層結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件的開發(fā)工作主要集中在客戶端，客戶端軟件不但要完成用戶交互和數(shù)據(jù)顯示的工作，而且還要完成對應(yīng)用邏輯的處理，及用戶界面與應(yīng)用邏輯位于同一個平臺上，這樣就帶來兩個突出的問題：系統(tǒng)的可伸縮性差和安裝困難。為了解決兩層結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件中存在的問題，人們又提出了三層應(yīng)用軟件結(jié)構(gòu)。三層結(jié)構(gòu)的特點是用戶界面與應(yīng)用邏輯位于不同的平臺上，并且應(yīng)用邏輯被所有的用戶共享，這是與兩層結(jié)構(gòu)之間最大的區(qū)別。三層結(jié)構(gòu)的WebGIS系統(tǒng)由瀏覽器和服務(wù)器端的地理信息發(fā)布服務(wù)組成。瀏覽器與服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送，并在瀏覽器上顯示相應(yīng)的地理信息，服務(wù)器端按照客戶端的請求從數(shù)據(jù)庫中將響應(yīng)信息單元傳送的壓縮信息由擴展控件進(jìn)行解壓。它通常由三部分組成：客戶端的瀏覽器、中間層的wcb服務(wù)器和后臺的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，所以該結(jié)構(gòu)也被稱為“瀏覽器／wcb服務(wù)器／數(shù)據(jù)庫”結(jié)構(gòu)。三層體系結(jié)構(gòu)中的客戶端是一個標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器，它負(fù)責(zé)與用戶交互，向中間的Web服務(wù)器發(fā)出請求，解釋W(xué)eb服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)并顯示出來。中間層是wcb服務(wù)器和服務(wù)器擴展程序，Web服務(wù)器接受瀏覽器傳來的請求，同時激活服務(wù)器擴展程序并把請求信息傳遞給它，服務(wù)器擴展程序?qū)⒄埱笮畔⑥D(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫能夠接受的形式SQL語句），再把它們送到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。數(shù)據(jù)服務(wù)器接受查詢請求后執(zhí)行相應(yīng)的操作。

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