基于ArcGIS Engine的水质模拟预测研究 ——以黄河兰州段为例

论文摘要

随着水环境污染问题的日益突出以及人们对环境问题的更加重视,水质模拟技术将会以更快的步伐发展。水质数学模型本身可以实现对各种环境问题的准确描述和对污染物在水体中的迁移和转化过程的模拟计算,而且它们具有明显的空间特性。但是就其本身而言却存在对模拟计算结果可视化以及空间数据管理上的困难。地理信息系统(GIS)技术的引入使这一问题得以解决。因此水质模拟技术与GIS技术的结合在研究水环境污染问题工作中具有广阔的发展前景。本文以黄河兰州段为研究对象,着重探讨了一维稳态水质模型、二维稳态混合衰减累积流量模式与GIS的集成研究。为了实现水质模型的离散、数值计算以及模拟结果的可视化显示,论文将对计算的河流进行离散,对一维河流采取分段概化处理,而对二维河流网格化。本文在前人研究的基础上,用边界拟合坐标系方法改进了河势贴体河道平面二维正交网格,并用此网格方法进行二维水域网格化,改进后的方法不仅考虑与河势拟合,而且考虑与河道边界线的拟合,生成的网格可以更接近于实际河道。结合面向对象的Visual Studio C#.NET高级编程工具和GIS控件ArcGIS Engine,开发了水质模拟计算模块,该模块以其友好、便捷的用户界面,既弥补了水质模型模拟结果可视化上的不足,又充分发挥了GIS技术空间数据分析、处理、查询和管理上的优势。其中,针对兰州黄河段的随机排放水质预测模拟分析实现了用户在自行设定条件下进行的水质动态模拟预测,大大提高了水质模型的实用性,尤其是可以对突发性水环境事件进行处理,为黄河兰州段的综合整治与管理走向定量化、科学化提供了技术支持与保障。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 选题背景及研究意义
• 1.1.1 选题背景
• 1.1.2 研究意义
• 1.2 研究内容
• 1.3 国内外研究进展
• 1.4 研究方法及技术路线
• 2 水质预测模型研究
• 2.1 水质模型的发展过程及应用现状
• 2.1.1 水质模型的发展过程
• 2.1.2 水质模型的应用
• 2.1.3 水质模型的发展趋势
• 2.2 水质模型的建立
• 2.2.1 水质模型建立的一般步骤
• 2.2.2 一维稳态水质模型
• 2.2.3 二维稳态混合衰减累积流量模式
• 2.3 水质模型参数的率定
• 3 GIS 的开发方式及其与水质模型的集成
• 3.1 GIS 二次开发概述
• 3.1.1 GIS 二次开发方式
• 3.1.2 ArcGIS Engine 简介
• 3.2 GIS 与水质模型的集成
• 3.2.1 GIS 与应用模型集成的必要性
• 3.2.2 GIS 与水质数学模型的集成模式
• 3.2.3 GIS 与水环境应用模型的集成方法
• 3.3 GIS 环境下模型空间离散技术
• 3.3.1 矩形网格
• 3.3.2 三角形网格与曲线网格
• 3.3.3 正交曲线网格的数学基础
• 3.4 基于GIS 的河流水质预测模型
• 3.4.1 一维河流概化
• 3.4.2 二维水域网格化
• 4 基于GIS 的黄河兰州段水质模拟系统设计与应用
• 4.1 系统总体设计
• 4.1.1 系统设计目标
• 4.1.2 系统设计原则
• 4.1.3 系统开发环境
• 4.2 系统数据库的设计
• 4.2.1 数据库结构设计
• 4.2.2 空间数据库的建立
• 4.2.3 属性数据的建立
• 4.2.4 空间数据与属性数据的集成
• 4.3 系统功能设计
• 4.3.1 数据输入与输出
• 4.3.2 图形显示功能
• 4.3.3 信息查询功能
• 4.3.5 统计分析
• 4.3.6 水质污染模拟与预测
• 4.5 水质模型模拟结果显示
• 4.5.1 ArcGIS Engine 与一维水质模型的集成
• 4.5.2 二维水质模型的集成
• 4.5.3 二维水质模型模拟结果显示
• 4.5.4 水污染突发事件的水质模拟
• 5 结论与展望
• 主要参考文献目录
• 致谢