數(shù)字水文系統(tǒng)建設(shè)與應用探析

陳曦遠 丁海山

摘 要：回憶20世紀的水文系統(tǒng)樹立旅程和剖析當前所遇到的挑戰(zhàn)和時機，得到在科學技術(shù)時代必須要充分利用新的科學為當前系統(tǒng)進行全面優(yōu)化的結(jié)論。把在站點中觀測到的數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)進行整合，產(chǎn)生多種要素的同化，接著完成數(shù)字化的全覆蓋，進行多種時間和空間的數(shù)字水文系統(tǒng)建設(shè)，為各個有關(guān)部門的發(fā)展和地球資源等提供幫助。本文結(jié)合水文發(fā)展時期，通過探討和研究，論述了水文系統(tǒng)建設(shè)與應用探究。

關(guān)鍵詞：數(shù)字地球；數(shù)字水文系統(tǒng)；數(shù)據(jù)同化技術(shù)；技術(shù)變革

引言

世界正在進行一次大規(guī)模的信息技術(shù)革新，幾乎所有的學科領(lǐng)域建設(shè)都進行了大范圍的調(diào)整。水文領(lǐng)域就是在這樣一個大型的信息推動情況下不斷發(fā)展，其會為數(shù)字水文科學和創(chuàng)新帶來重大貢獻。技術(shù)的崛起，也讓整個地球成為一個緊密聯(lián)系的空間，成為真正意義上的數(shù)字化星球。

1當前時代對于水文科學系統(tǒng)的機遇

我們目前的這個時期是正在發(fā)展和革新的時代，數(shù)字化是這個時代最閃亮的標志。數(shù)字技術(shù)包括的范圍是比較廣的，它擁有著緊縮視頻和矯正數(shù)字的作用，它把所有媒體都轉(zhuǎn)化為數(shù)字為基礎(chǔ)，可以將所有的聲音、圖表和數(shù)據(jù)相互混合，成為一種信息標題?；旌系目萍甲屨麄€媒體世界完全改變，開創(chuàng)了大范圍的可能性，讓水文數(shù)字科技化變得更加深遠，使我們信息的轉(zhuǎn)變與傳輸變得更加容易和快捷。

數(shù)字傳輸技術(shù)的進步離不開數(shù)字化的基礎(chǔ)，今年不斷興起的光纖，讓改變成為更大的可能。由于網(wǎng)絡(luò)在信息和儲存方面不斷優(yōu)化，人們也成功的使用遙控和這些高科技手段，獲取了很多十分重要信息?，F(xiàn)在人們通過全天候觀測我們生存的星球，并且建立了沒有疏漏的數(shù)據(jù)庫，這個數(shù)據(jù)庫包括了很多方面，比如：人口、水文、環(huán)境等一系列方面。

許多國家都在使用高科技的探測技術(shù)和地理控制信息，提出解決問題的具體方案和相關(guān)措施，這樣就可以有效地提高在重大危難面前的防護能力。技術(shù)決定了信息的來源，我們現(xiàn)在使用的技術(shù)讓大量水文數(shù)據(jù)不斷地被獲取，它不僅在很多方面對數(shù)據(jù)和計算都可以實現(xiàn)，也讓水文知識不斷的擴充起來。

2水文科學發(fā)展的回顧

上一個世紀，是人類科技發(fā)展最快的一個階段，經(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步和科學的探索讓人類世界展開了新的篇章。但與此同時，資源的頻繁使用和資源匱乏也時常出現(xiàn)，特別是對于水資源。水資源的缺乏，已經(jīng)成為當代社會非常大的資源問題。水文科學一開始只是單獨的科學，沒有與其他科學相結(jié)合，但是現(xiàn)在的水文科學早已成為科學研究的一個部分。水文科學之所以可以一直發(fā)展，其實就是由于我國水資源一直都是面臨缺少情況的?？傮w來說，它的發(fā)展和過程總共分為四個階段。

2.1第一時期：水文實踐階段

第一個時期是20世紀的前三十年，這一階段是水文和實踐的重要階段，主要是對基礎(chǔ)的水文條件做實驗和理論研究。在河川，徑流，以及蒸發(fā)等方面都有顯著的研究，感熱蒸發(fā)淺熱之比理論和飽和入滲理論公式以及洪水統(tǒng)計分析，都是在這個階段研究而成的。這一時期的另一特點是，各國紛紛發(fā)表水文期刊和水文資料，也爭先恐后的設(shè)立相關(guān)機構(gòu)。水文的研究和理論正在逐步進入各國的視野里。

2.2第二時期：流域研究階段

第二個時期是20世紀的四五十年代，它是研究水流問題和一些項目的重要發(fā)展時期。在這個階段有兩個比較好的水文流域體系方法出現(xiàn)，分別是入滲理論和單位線方法。這兩個發(fā)展的出現(xiàn)，成功的組成了水文的流域系統(tǒng)。這一階段實現(xiàn)了從想象到實際的發(fā)展，這一時期就是開拓水文基礎(chǔ)的一個時期。

2.3第三時期：水文崛起時期

第三個時期是20世紀60-80年代，這是水文過程的崛起階段。在前一時期，對水文觀測資料和計算經(jīng)驗分析的基礎(chǔ)上，雖然推理方式得到了完善，但是通過不斷實踐，各種問題和矛盾也都出現(xiàn)了。新的想法和建議也不斷被提出和完善，為此，相關(guān)人員不斷開啟了卓有成效的水文實踐研究。后來，計算機不斷更新，有些水文計算也被解決，水文的實驗研究和計算技術(shù)成為當時時期的關(guān)鍵。

關(guān)于水文研究的有多個實驗，其中，比較突出的是山坡實驗。19世紀50年代 ，中國在很大范圍內(nèi)都設(shè)計很多的徑流實驗，目的就是加大對徑流方面的研提出了很多不同于之前地滲透理論和降雨機制，并且充分的意識到降雨過程的變化以及地勢非飽和水側(cè)向流動的重要作用。這就為水文的研究和計算提供了重要的參考，為建立流域的相關(guān)模型設(shè)置了基礎(chǔ)。

2.4第四時期：水文實驗和模擬時期

第四階段是20世紀的80-90年代，它是水文實驗不斷模擬和驗證的重要階段。特別當20世紀90年代到來時，全球問題已經(jīng)逐漸吸引了世界的目光。全球變暖等重大問題進入到了人們的視野中，各種環(huán)境問題、氣候問題、可持續(xù)性發(fā)展問題等，不僅擺到了眾多科學家面前，還擺到了政治家們面前。在這種大環(huán)境下，水文學家受到很大的青睞。大尺度水文也變成了水文學家研究的重點，水文轉(zhuǎn)換，空間分布不勻稱，這些水文數(shù)據(jù)都成為水文科技的核心，水文學也從一開始的應用水文到科學水文過渡。 回顧水文科學的發(fā)展，得知信息是科學技術(shù)是其發(fā)展的前提。水文科學正處于需要新血液的時期，水文學的進步需要源源不斷的新信息以及從新的信息中提取新知識。

3數(shù)字水文系統(tǒng)的建設(shè)

3.1數(shù)字水文學科的意義

水文學科本質(zhì)上就是信息的學科，其是利用信息來完善水文體系的，這就包括了水文信息的采集、處理、存貯、輸入和加工等方面的內(nèi)容，水文學存在的意義也是在為社會的各個方面不斷提供很多方面的決策依據(jù)。實際上，水文信息擴充和社會發(fā)展是共同進步的過程，水文信息的不斷擴充離不開社會的發(fā)展，同樣，社會的發(fā)展也離不開水文信息的不斷擴充。在不斷變化的情況中， 水文部門的相關(guān)工作人員一定要及時了解信息化的發(fā)展，建立全新的水文概念和新型材料。

3.2數(shù)字水文的運作方式

總的來說，數(shù)字水文其實就是很多水文信息的不斷集成，它工作的模式其實就是將新獲得的觀測數(shù)據(jù)與之前的原數(shù)據(jù)進行分析和再加工。這樣就可以產(chǎn)生出一個數(shù)字化、貫穿多流域多空間的管理系統(tǒng)。還對社會的其他方面，如：農(nóng)業(yè)、工業(yè)、林業(yè)和環(huán)境交通等都提供所需的數(shù)字化水文數(shù)據(jù)，為整個地球上的其他方面的數(shù)據(jù)同化提供通量和變量，為進一步揭示了地球水資源的基本規(guī)律提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)等。

3.3創(chuàng)造數(shù)字水文的條件

想要很好的創(chuàng)造水文系統(tǒng)，不僅要以一切有關(guān)信息作為基礎(chǔ)，還要不斷努力提升我國的核心水文技術(shù)，特別是水文數(shù)據(jù)同化這種核心技術(shù)。這其中的問題也包括了很多方面，系統(tǒng)的發(fā)展是來源于技術(shù)的發(fā)展，技術(shù)的發(fā)展實際上是要靠相關(guān)工作人員不斷研究和完善的。

4 結(jié)論與展望

綜上所述，水文科學的新時代已經(jīng)到來了。強大的全球集成化結(jié)合了很多方面，比如：自然，經(jīng)濟，社會科學管理等。集成的發(fā)展變得十分突出，這是非常有利的好事情。不論是中國還是外國，都在積極的打響“水文之戰(zhàn)”，所有的水文科學家們都在努力的研究水文信息，開發(fā)更為優(yōu)質(zhì)的水文技術(shù)力量。國家對基礎(chǔ)信息設(shè)施建造的重視程度，也為數(shù)字水文的發(fā)展提供了良好前進動力。依照現(xiàn)在數(shù)字水文勢如破竹的發(fā)展來看，我們完全相信，在現(xiàn)在和未來，我國的水文技術(shù)一定會不斷進步，成為我國的領(lǐng)先技術(shù)。

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