GIS在水库溃坝模拟系统中的应用
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摘要
随着计算机技术的发展，在水文学及水资源学科，运用各种先进、复杂的专业算法求解已经不成问题，但由于地形地貌的复杂性，水文计算中所需的原始资料，如河段的长度，河段各断面上各个节点处的河宽等数据的人工实地采集工作仍然是很费时费力的事。然而，如果利用已有的地图资料，借助GIS技术进行数据采集，就比较省时省力。
本文大致可分为三个部分。
第一部分主要介绍了GIS的概念和研究内容，GIS与相关软件的比较以及GIS的现状、发展趋势、当前GIS研究的热点等等，然后具体介绍了用GIS的相关技术如：用“半自动跟踪”方法对地图进行数字化，用“自动量算”方法得到线对象的长度、面对象的面积等，最终完成了象山水库下游法别拉河河道地形数据资料的提取工作，这种方法与人工实地采集工作相比，有较强的优越性和重要的实际应用价值。
第二部分将GIS所得到的河道地理数据用于象山水库溃坝模拟计算。这一部分首先分析比较了溃坝波的各种求解方法，然后采用传统的一维圣维南方程组和隐式差分格式进行了溃坝洪水演进计算，然后根据计算结果分析了各种溃坝情况下洪水对河道两岸村屯的影响。
第三部分首先对计算结果作了总结，然后讨论了一些GIS的其他技术和发展趋势，并举了一些应用实例。目前GIS已运用到各个领域，如何更好地将GIS技术应用于水文学及水资源学科，是当前水利行业研究的热点，相信GIS技术在今后的水文学及水资源学科必将发挥更大的作用。
With the development of computer technology in hydrographic field, usage of many kinds of advanced and complicate algorithms is not a problem.. But because of complexity of geography, acquirement of primitive data needed in hydrographic calculation is still hard to tackle, for example, the length of river segment, the width of every node of every river segment. Whereas, if we make use of current map, with the help of GIS technology, collecting data will become easy, precise and convenient.
This thesis consists of three main parts.
The first part mainly introduces the GIS concept and contents of GIS, the comparison between the related software and GIS, the present condition and development trend of GIS etc, then introduced how to use the GIS technique in a specific way such as using the method of " the half-automatic to follow" to turn the map into arithmetic figure, using the method of " the automatic calculates" gets the length of the line and area of field etc, at last got the length and width of every cross section of the Fabiela river which is located downstream of xiangshan mountain. this method is superior and time-saving comparing with collecting data on the spot, having important and actual application worth .
The second part used the river geography data get from GIS into xiangshan reservoir dam-break simulation system. This part analyzed and compared many kinds of solvement of dam-break , then the adopted traditional one-direction B. Saint. Venant equation and conceal format to calculate the proceeding of dam-break flood, then according to calculation result analyzed influence of villages located beside Fabiela river from dam-break flood.
The third part made the summary of calculation result, then discussed other techniques of GIS and its develop trend, listed some examples which adopted GIS techniques . Now GIS has been used in many fields, how to apply the technique of GIS in hydrology and water resources courses better is a hot field in current water conservancy field . I believe GIS technique will develop greater function in hydrology and water resources courses in future.
本文大致可分为三个部分。
第一部分主要介绍了GIS的概念和研究内容，GIS与相关软件的比较以及GIS的现状、发展趋势、当前GIS研究的热点等等，然后具体介绍了用GIS的相关技术如：用“半自动跟踪”方法对地图进行数字化，用“自动量算”方法得到线对象的长度、面对象的面积等，最终完成了象山水库下游法别拉河河道地形数据资料的提取工作，这种方法与人工实地采集工作相比，有较强的优越性和重要的实际应用价值。
第二部分将GIS所得到的河道地理数据用于象山水库溃坝模拟计算。这一部分首先分析比较了溃坝波的各种求解方法，然后采用传统的一维圣维南方程组和隐式差分格式进行了溃坝洪水演进计算，然后根据计算结果分析了各种溃坝情况下洪水对河道两岸村屯的影响。
第三部分首先对计算结果作了总结，然后讨论了一些GIS的其他技术和发展趋势，并举了一些应用实例。目前GIS已运用到各个领域，如何更好地将GIS技术应用于水文学及水资源学科，是当前水利行业研究的热点，相信GIS技术在今后的水文学及水资源学科必将发挥更大的作用。
With the development of computer technology in hydrographic field, usage of many kinds of advanced and complicate algorithms is not a problem.. But because of complexity of geography, acquirement of primitive data needed in hydrographic calculation is still hard to tackle, for example, the length of river segment, the width of every node of every river segment. Whereas, if we make use of current map, with the help of GIS technology, collecting data will become easy, precise and convenient.
This thesis consists of three main parts.
The first part mainly introduces the GIS concept and contents of GIS, the comparison between the related software and GIS, the present condition and development trend of GIS etc, then introduced how to use the GIS technique in a specific way such as using the method of " the half-automatic to follow" to turn the map into arithmetic figure, using the method of " the automatic calculates" gets the length of the line and area of field etc, at last got the length and width of every cross section of the Fabiela river which is located downstream of xiangshan mountain. this method is superior and time-saving comparing with collecting data on the spot, having important and actual application worth .
The second part used the river geography data get from GIS into xiangshan reservoir dam-break simulation system. This part analyzed and compared many kinds of solvement of dam-break , then the adopted traditional one-direction B. Saint. Venant equation and conceal format to calculate the proceeding of dam-break flood, then according to calculation result analyzed influence of villages located beside Fabiela river from dam-break flood.
The third part made the summary of calculation result, then discussed other techniques of GIS and its develop trend, listed some examples which adopted GIS techniques . Now GIS has been used in many fields, how to apply the technique of GIS in hydrology and water resources courses better is a hot field in current water conservancy field . I believe GIS technique will develop greater function in hydrology and water resources courses in future.
引文
[1] 张犁，林晖，李斌，互联网时代的地理信息系统，测验学报，1998，27(1)。
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[3] Wilson J D , CAD/GIS Convergence. Creating the Next-Generation GIS, GIS WORLD, 1996, (9)。
[4] 黄幼才，刘文，GIS空间数据误差分析和处理，武汉：中国地质大学出版社，1994。
[5] 马建文，阎积惠，地理信息系统及资源信息综合，北京：地质出版社，1993。
[6] 吴信才，MAPGIS地理信息系统，电子工业出版社，2004，2
[7] 罗云启，曾琨，GIS数字化地理信息系统建设与MapInfo高级应用，清华大学出版社，2003，4
[8] 刘南，刘仁义，WebGIS原理及其应用---主要WebGIS平台开发实例，科学出版社，2002，6
[9] 李旭祥，GIS在环境科学与工程中的应用，电子工业出版社，2003，1
[10] 李满春，任建武，陈刚，周炎坤著译，GIS设计与实现，科学出版社，2003，10。
[11] 刘光，贺小飞，地理信息系统实习教程，清华大学出版社，2003，1
[12] 毕硕本，王桥，徐秀华，地理信息系统软件工程的原理和方法，科学出版社，2003，9。
[13] 汤国安，赵牡丹，地理信息系统，科学出版社，2000，10。
[14] 郭秋英，当前GIS发展的几个特点，测验通报，1998，5。
[15] J.E. McCORMACK and J. HOGG, VIRTUAL-MEMORY TILING FOR SPATIAL DATA HANDLING IN GIS, COMPUTER & GEOSCIENCE, 1997, Vol. 23, (4):659～669。
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[18] DIANNE COOK, JUREN SYMANZIK, JAMES J. MAJURE, and NOEL CRESSIE. DYNAMIC GRAPHICS IN A GIS:MORE EXAMPLES USING LINKED SOFTWARE. COMPUTER & GEOSCIENCE, 1997, Vol. 23, (4):371～385。
[19] Soulis J V, Computation of two dimensional dambreak flood flows[J]。
[20] 计算水力学，汪德爟，河海大学出版社，1989，9。
[21] 溃坝水力学，谢任之，山东科学技术出版社，1989，3。
[22] 王嘉松，何友声，倪汉根等，弯曲与分叉渠道溃坝波运动特性的数值预报，《水动力学研究与进展》杂志(Ser．A．，2002，17(1)：69-76)。
[23] 郭潇，张军劳，万家寨水利枢纽技术论文集，黄河水利出版社，2000．10。
[24] 水电部科技情报所，国外险病库处理和大坝下游防护(第二册)，1976。
[25] Robevt, B. Jansen, Dams and Public Safety Bureau of Reclamation 1983.
[26] 谢任之，溃坝坝址流量计算，水利水运科学研究1982年1期。
[27] H.Rouse.ed.Engineering Hydraulics, 1940。
[28] Stoker, J.J.Water Waves, Interscience, 1957。
[29] 谢任之，水库垮坝流量计算的探讨，山西水利勘测设计院，1978。
[30] 林秉南，龚振瀛，王连祥，突泄坝址过程线简化分析，清华大学学报，1980年1期。
[31] J.kevorkian, J.D.Cole Perturbation Methods in Applied Mathematics 1981。
[32] 谢任之，溃坝波的阻力影响，山西水利科技，1986年1期。
[33] 蔡为武编译，美国溢洪道设计洪水问题，水利水电译丛，1965年4期。
[34] 黑龙江水利勘测设计院技术情报组，水库溃坝最大流量及洪水演算，1971。
[35] J．A．利格特，不恒定流基本方程，明渠不恒定流，第一卷，水利电力出版社，1987。
[36] Henderson,EM., Open Channel flow ,The Macmillan ,New York,1966.
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[40] 冯康等编，数值计算方法，国防工业出版社，1978。
[41] 卢地·雷塔南斯拉夫，溃坝波的数学模型和无因次计算图，第十一届国际大坝会议译文选集，水利电力出版社，1976。
[42] 孙国浩，吴媛娇，溃坝洪水计算概况，水文，1987年1期。
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