前言

20世纪末，前美国副总统戈尔提出“数字地球”的概念，受到国际社会的极大关注。“数字地球”是我们星球的虚拟表示，它包含了人类社会在内的所有系统和各种生命形式，并以多维、多尺度、多时相、多层面的信息设施表现出来[1]。数字地球的外观是一个基于计算机的地球，具有交互式功能，是我们对真实地球认识的虚拟对照体，以及对真实地球及其相关现象统一性的数字化重现与认识。“数字地球”这一概念的提出，既是人们认识世界、改造世界的客观需要，更是知识经济、信息社会发展的必然进程。构筑“数字地球”对于提高人们的生活质量，促进科学技术的进步，实现经济与社会的可持续发展有着十分重要的意义[2]。数字地球的应用可以划分为全球层、国家层、区域层3个层次。全球层是指以整个地球为对象，主要包括全球气候变化、全球植被与土地利用、土地覆盖变化、生物多样性变化、全球海平面及海洋环境变化、全球地形变化及地壳运动监测（地震）以及全球经济发展水平监测与评估等[3，4]。国家层是指以一个国家为对象，包括资源、环境、经济、社会、人口的动态监测与分析为研究对象，尤其对于农作物种植面积、长势及估产，洪涝、干旱、火灾、虫害等的监测，交通及经济状况监测等。区域层是指以城市、集镇、农村、社区为对象，包括信息化带动传统产业改造和升级、经济社会发展态势、管理和服务等。目前，数字地球、数字中国、数字城市、数字流域等研究在我国已蓬勃开展，取得了显著的成就。

发达国家在现代化管理（或数字管理）方面的研究和应用起步较早，并已在实际工程和管理中发挥了重要的作用，收到了巨大的效益。例如，美国、加拿大、日本、澳大利亚及西欧发达的国家在自然资源管理、河流（流域）现代化管理等方面，逐步实施了现代化管理，为现代河流管理提供了宝贵的经验。

数字流域是应用遥感（RS）、数据收集系统（DCS）、全球导航定位系统（GNSS）、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、社会和经济等各个复杂系统的数字化、数字整合、仿真等信息集成的应用系统，并在可视化的条件下提供决策支持和服务。

本书深入分析讨论了中国数字流域基本概念、框架和业务应用系统，探讨了数字流域涉及的关键技术，对部分成功的案例进行了剖析。本书的特点是，跟踪数字流域最新理论与技术发展，理论和实践相结合，多视点探讨数字流域开发技术与实现。

本书共分9章和附录。第1章简述数字流域的基本概念和演化，以及数字流域与水利信息化之间的关系，数字流域国内外发展现状，数字流域的建设目标等内容，由李纪人、朱强执笔。第2章讨论数字流域基本框架、结构组成和保障体系等，由魏加华、潘世兵执笔。第3章讨论数字流域基础设施建设内容，涉及信息采集处理、通信和计算机网络、数据存储与管理系统以及信息安全体系建设等内容，由潘世兵、魏加华执笔。第4章讨论专业应用服务平台建设，涉及平台建设目标任务、平台结构、应用服务中间件、模型库及其管理系统以及资源服务管理等内容，由魏加华、潘世兵执笔。第5章重点讨论数字流域专业应用与决策支持，涉及数字防汛抗旱、数字水资源调度与管理、数字水环境管理、数字水土保持、数字水利工程建设管理等内容，由丁志雄、李纪人执笔。第6章讨论数字流域关键技术，包括信息采集自动化技术、数据仓库与数据挖掘技术、计算机网络通信技术、“3S”及其集成技术、三维可视化与虚拟仿真技术等，由张建立、李纪人和潘世兵执笔，其中部分内容引自《当代水利科技前沿》[189]第十三章（该章由李纪人和潘世兵撰写）。第7章讨论流域模拟模型技术，涉及数字高程与河网提取模型、流域水文和水力学模型、水量调度模型、水环境模拟模型、水土侵蚀、泥沙模型、流域模型的检验和比较以及协调大尺度跨学科集成模拟技术等内容，由张建立、魏加华、李纪人、潘世兵和丁志雄执笔。第8章介绍数字流域常用的专业软件，由张建立、魏加华和李纪人执笔。第9章介绍数字流域应用的几个典型成功案例，由李纪人、丁志雄和潘世兵执笔，其中9.3节、9.4节分别由王忠静、蒋云钟编写。附录由张建立整理、编写。全书由李纪人统稿。

本书是北京大学数字中国研究院组织编写的《数字中国丛书》之一，院长童庆禧院士、副院长陈秀万教授和多位院学术委员会委员在本书的编写和出版过程中给予了诸多指导、督促和建议，特此致以衷心的感谢！

数字流域是近几年提出和迅速发展的，但其理论和在我国的实践还处于探索阶段，本书涉及内容浩瀚，由于编者水平有限，错误在所难免，敬请读者见谅和不吝赐教。