數字水文系統建設與應用探析

陳曦遠 丁海山

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

關鍵詞：數字地球；數字水文系統；數據同化技術；技術變革

引言

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

1當前時代對于水文科學系統的機遇

我們目前的這個時期是正在發展和革新的時代，數字化是這個時代最閃亮的標志。數字技術包括的范圍是比較廣的，它擁有著緊縮視頻和矯正數字的作用，它把所有媒體都轉化為數字為基礎，可以將所有的聲音、圖表和數據相互混合，成為一種信息標題。混合的科技讓整個媒體世界完全改變，開創了大范圍的可能性，讓水文數字科技化變得更加深遠，使我們信息的轉變與傳輸變得更加容易和快捷。

數字傳輸技術的進步離不開數字化的基礎，今年不斷興起的光纖，讓改變成為更大的可能。由于網絡在信息和儲存方面不斷優化，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。現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據庫，這個數據庫包括了很多方面，比如：人口、水文、環境等一系列方面。

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

2水文科學發展的回顧

上一個世紀，是人類科技發展最快的一個階段，經濟的發展、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，特別是對于水資源。水資源的缺乏，已經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合，但是現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展，其實就是由于我國水資源一直都是面臨缺少情況的。總體來說，它的發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，主要是對基礎的水文條件做實驗和理論研究。在河川，徑流，以及蒸發等方面都有顯著的研究，感熱蒸發淺熱之比理論和飽和入滲理論公式以及洪水統計分析，都是在這個階段研究而成的。這一時期的另一特點是，各國紛紛發表水文期刊和水文資料，也爭先恐后的設立相關機構。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，分別是入滲理論和單位線方法。這兩個發展的出現，成功的組成了水文的流域系統。這一階段實現了從想象到實際的發展，這一時期就是開拓水文基礎的一個時期。

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驗分析的基礎上，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了。新的想法和建議也不斷被提出和完善，為此，相關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成為當時時期的關鍵。

關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 ，中國在很大范圍內都設計很多的徑流實驗，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，為建立流域的相關模型設置了基礎。

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，各種環境問題、氣候問題、可持續性發展問題等，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，水文轉換，空間分布不勻稱，這些水文數據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。 回顧水文科學的發展，得知信息是科學技術是其發展的前提。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數字水文系統的建設

3.1數字水文學科的意義

水文學科本質上就是信息的學科，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。實際上，水文信息擴充和社會發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展，同樣，社會的發展也離不開水文信息的不斷擴充。在不斷變化的情況中， 水文部門的相關工作人員一定要及時了解信息化的發展，建立全新的水文概念和新型材料。

3.2數字水文的運作方式

總的來說，數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據與之前的原數據進行分析和再加工。這樣就可以產生出一個數字化、貫穿多流域多空間的管理系統。還對社會的其他方面，如：農業、工業、林業和環境交通等都提供所需的數字化水文數據，為整個地球上的其他方面的數據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律提供數據基礎等。

3.3創造數字水文的條件

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

4 結論與展望

綜上所述，水文科學的新時代已經到來了。強大的全球集成化結合了很多方面，比如：自然，經濟，社會科學管理等。集成的發展變得十分突出，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”，所有的水文科學家們都在努力的研究水文信息，開發更為優質的水文技術力量。國家對基礎信息設施建造的重視程度，也為數字水文的發展提供了良好前進動力。依照現在數字水文勢如破竹的發展來看，我們完全相信，在現在和未來，我國的水文技術一定會不斷進步，成為我國的領先技術。

參考文獻：

[1]劉新仁.數字水文系統建設：信息時代的水文技術變革[J].水文，2000（20）：94—97

[2]謝悅波，楊達源.古洪水平流沉積基本特征[J].河海大學學報，1998（6）：6—～11

[3]高露雄， 肖志遠， 王立海. 基于大數據環境的水文GIS應用發展初探[C]// 大數據時代的信息化建設——. 2015.