1.4 国外数字流域技术发展概况

发达国家的数字流域是与流域管理现代化紧密结合的，从数字化、建模、系统仿真到虚拟现实，历经了不到30年的时间。在这个不长的历史阶段，现代科学技术在传统水利上的应用得到了充分体现。流域管理的观念发生了根本的改变，尽管世界各国的河流的自然条件千差万别，但实现流域的现代化管理，是世界各国发展和追求的共同目标。流域现代化的管理，从某种意义上讲则是“数字化管理”，是应用遥感（RS）、数据收集系统（DCS）、全球导航定位系统（GNNS）、地理信息系统（GIS）、计算机网络和多媒体技术、现代通信等高科技手段，对河流（流域）资源、环境、社会、经济等各个复杂系统进行数字化、数字整合和仿真，组成集成的应用系统，并在可视化的条件下提供决策支持和服务[172]。

1.数据采集与管理

数据采集系统主要由固定观测站、地面雷达网、遥感卫星等组成，主要包括：水文水质监测网、气象监测网、大地测量站网、航天和航空遥感监测体系及其他监测站网。监测项目包括：水质监测、水文、气象监测、地形地貌监测、水库、积雪、气象、水土流失、堤坝安全等。信息传输主要采用微波、超短波、光缆、通信卫星等技术。水文、气象站点数据的采集主要采用压力式、气泡式和超声波等自记和实时远传的水位计、雨量自动记录仪、温度自动记录仪等自动化仪器，水文（含水质）、气象数据采集基本上实现了由手工作业向自动化测量的过渡。堤防安全的监测采用光缆变形的方法，其基本原理是堤防发生渗水、沉陷等变形后通过系在光缆上的重球带动光缆变形，进而监测出堤防的变化，变形后的光缆起到传感器的作用。通常情况下实时资料的监测每隔5～60min观测、存储一次，每隔4h传输到信息中心。在紧急状态下，观测传输的频率加大。所有信息资料经电话、电报、网络或通信卫星传输到存储处理中心，在大多数情况下，这些实时资料在3min之内就可在网站查阅。

对地下水情况的观测和管理采用遥测井点观测，这些资料以离散或连续的格式进行采集存储。一些连续观测站的资料经电话、网络或通信卫星传输到流域信息处理中心。观测内容为地下水的物理化学特性，包括pH值、传导度、温度、溶解氧和饱和溶解氧的百分比、气温和气压等参数。

2.数据库

数据库包括水文资料数据库、气象资料数据库、水质资料数据库、地理数据库、水质水量评估结果数据库等流域管理数据库，其主要任务是收集实时数据（原始数据、未校验数据），并进行数据资料的检验、整编、存档、处理。其功能是检验数据的可靠性、维护数据的完整性、数据资料利用的有效性，为水资源利用、防洪、水污染治理等方面提供数据。

3.洪水预报预警调度与水资源管理

在洪水预报预警调度方面，流域尺度的洪水预报模型广泛运用于洪水预报预警；洪水调度则采用计算机模拟技术进行多目标优化。

在水资源管理方面，水资源配置的监控实现了数据和控制指令的实时传输的自动化。在运作的过程中，所使用的不同通信方式之间能够相互兼容，实现数据和资源共享，利用现有的通信网络，以及考虑网络发展和更新的需求。在实时监控中使用的主要软件大都进行了软件模块化，同时配备友好的用户界面。主要模块和子系统有灌区配水系统、水力计算、数据采集及管理、用户信息管理（包括水预定模块、数据记录模块、农作物用水量模块、水费及账单模块、客户Web订单模块）、水需求预测、水市场管理、网络信息管理、网络信息更新等。满足水资源分配中的水权、水价及水市场问题，建立了较完善的监控系统，实现了流域管理和配水的现代化。

4.应用系统软件开发和模拟仿真

为方便流域管理，建立了生态系统模拟模型、水质模拟模型、地表水管理模型、地下水运作及管理模型、洪水预警预报模型等，并开发了相应的系统软件，其中应用比较广泛的有：主要用来模拟水资源动态变化的HEC-HMS、LEACHM、SWIM、SPAC和TOPG-IRM模型，用来模拟流域的物理、化学和生物过程的WAVES模型，用于模拟水环境变化的SEESAW模型。