数字水文系统建设与应用探析

陈曦远 丁海山

摘 要：回忆20世纪的水文系统树立旅程和剖析当前所遇到的挑战和时机，得到在科学技术时代必须要充分利用新的科学为当前系统进行全面优化的结论。把在站点中观测到的数据和其他数据进行整合，产生多种要素的同化，接着完成数字化的全覆盖，进行多种时间和空间的数字水文系统建设，为各个有关部门的发展和地球资源等提供帮助。本文结合水文发展时期，通过探讨和研究，论述了水文系统建设与应用探究。

关键词：数字地球；数字水文系统；数据同化技术；技术变革

引言

世界正在进行一次大规模的信息技术革新，几乎所有的学科领域建设都进行了大范围的调整。水文领域就是在这样一个大型的信息推动情况下不断发展，其会为数字水文科学和创新带来重大贡献。技术的崛起，也让整个地球成为一个紧密联系的空间，成为真正意义上的数字化星球。

1当前时代对于水文科学系统的机遇

我们目前的这个时期是正在发展和革新的时代，数字化是这个时代最闪亮的标志。数字技术包括的范围是比较广的，它拥有着紧缩视频和矫正数字的作用，它把所有媒体都转化为数字为基础，可以将所有的声音、图表和数据相互混合，成为一种信息标题。混合的科技让整个媒体世界完全改变，开创了大范围的可能性，让水文数字科技化变得更加深远，使我们信息的转变与传输变得更加容易和快捷。

数字传输技术的进步离不开数字化的基础，今年不断兴起的光纤，让改变成为更大的可能。由于网络在信息和储存方面不断优化，人们也成功的使用遥控和这些高科技手段，获取了很多十分重要信息。现在人们通过全天候观测我们生存的星球，并且建立了没有疏漏的数据库，这个数据库包括了很多方面，比如：人口、水文、环境等一系列方面。

许多国家都在使用高科技的探测技术和地理控制信息，提出解决问题的具体方案和相关措施，这样就可以有效地提高在重大危难面前的防护能力。技术决定了信息的来源，我们现在使用的技术让大量水文数据不断地被获取，它不仅在很多方面对数据和计算都可以实现，也让水文知识不断的扩充起来。

2水文科学发展的回顾

上一个世纪，是人类科技发展最快的一个阶段，经济的发展、社会的进步和科学的探索让人类世界展开了新的篇章。但与此同时，资源的频繁使用和资源匮乏也时常出现，特别是对于水资源。水资源的缺乏，已经成为当代社会非常大的资源问题。水文科学一开始只是单独的科学，没有与其他科学相结合，但是现在的水文科学早已成为科学研究的一个部分。水文科学之所以可以一直发展，其实就是由于我国水资源一直都是面临缺少情况的。总体来说，它的发展和过程总共分为四个阶段。

2.1第一时期：水文实践阶段

第一个时期是20世纪的前三十年，这一阶段是水文和实践的重要阶段，主要是对基础的水文条件做实验和理论研究。在河川，径流，以及蒸发等方面都有显著的研究，感热蒸发浅热之比理论和饱和入渗理论公式以及洪水统计分析，都是在这个阶段研究而成的。这一时期的另一特点是，各国纷纷发表水文期刊和水文资料，也争先恐后的设立相关机构。水文的研究和理论正在逐步进入各国的视野里。

2.2第二时期：流域研究阶段

第二个时期是20世纪的四五十年代，它是研究水流问题和一些项目的重要发展时期。在这个阶段有两个比较好的水文流域体系方法出现，分别是入渗理论和单位线方法。这两个发展的出现，成功的组成了水文的流域系统。这一阶段实现了从想象到实际的发展，这一时期就是开拓水文基础的一个时期。

2.3第三时期：水文崛起时期

第三个时期是20世纪60-80年代，这是水文过程的崛起阶段。在前一时期，对水文观测资料和计算经验分析的基础上，虽然推理方式得到了完善，但是通過不断实践，各种问题和矛盾也都出现了。新的想法和建议也不断被提出和完善，为此，相关人员不断开启了卓有成效的水文实践研究。后来，计算机不断更新，有些水文计算也被解决，水文的实验研究和计算技术成为当时时期的关键。

关于水文研究的有多个实验，其中，比较突出的是山坡实验。19世纪50年代 ，中国在很大范围内都设计很多的径流实验，目的就是加大对径流方面的研提出了很多不同于之前地渗透理论和降雨机制，并且充分的意识到降雨过程的变化以及地势非饱和水侧向流动的重要作用。这就为水文的研究和计算提供了重要的参考，为建立流域的相关模型设置了基础。

2.4第四时期：水文实验和模拟时期

第四阶段是20世纪的80-90年代，它是水文实验不断模拟和验证的重要阶段。特别当20世纪90年代到来时，全球问题已经逐渐吸引了世界的目光。全球变暖等重大问题进入到了人们的视野中，各种环境问题、气候问题、可持续性发展问题等，不仅摆到了众多科学家面前，还摆到了政治家们面前。在这种大环境下，水文学家受到很大的青睐。大尺度水文也变成了水文学家研究的重点，水文转换，空间分布不匀称，这些水文数据都成为水文科技的核心，水文学也从一开始的应用水文到科学水文过渡。 回顾水文科学的发展，得知信息是科学技术是其发展的前提。水文科学正处于需要新血液的时期，水文学的进步需要源源不断的新信息以及从新的信息中提取新知识。

3数字水文系统的建设

3.1数字水文学科的意义

水文学科本质上就是信息的学科，其是利用信息来完善水文体系的，这就包括了水文信息的采集、处理、存贮、输入和加工等方面的内容，水文学存在的意义也是在为社会的各个方面不断提供很多方面的决策依据。实际上，水文信息扩充和社会发展是共同进步的过程，水文信息的不断扩充离不开社会的发展，同样，社会的发展也离不开水文信息的不断扩充。在不断变化的情况中， 水文部门的相关工作人员一定要及时了解信息化的发展，建立全新的水文概念和新型材料。

3.2数字水文的运作方式

总的来说，数字水文其实就是很多水文信息的不断集成，它工作的模式其实就是将新获得的观测数据与之前的原数据进行分析和再加工。这样就可以产生出一个数字化、贯穿多流域多空间的管理系统。还对社会的其他方面，如：农业、工业、林业和环境交通等都提供所需的数字化水文数据，为整个地球上的其他方面的数据同化提供通量和变量，为进一步揭示了地球水资源的基本规律提供数据基础等。

3.3创造数字水文的条件

想要很好的创造水文系统，不仅要以一切有关信息作为基础，还要不断努力提升我国的核心水文技术，特别是水文数据同化这种核心技术。这其中的问题也包括了很多方面，系统的发展是来源于技术的发展，技术的发展实际上是要靠相关工作人员不断研究和完善的。

4 结论与展望

综上所述，水文科学的新时代已经到来了。强大的全球集成化结合了很多方面，比如：自然，经济，社会科学管理等。集成的发展变得十分突出，这是非常有利的好事情。不论是中国还是外国，都在积极的打响“水文之战”，所有的水文科学家们都在努力的研究水文信息，开发更为优质的水文技术力量。国家对基础信息设施建造的重视程度，也为数字水文的发展提供了良好前进动力。依照现在数字水文势如破竹的发展来看，我们完全相信，在现在和未来，我国的水文技术一定会不断进步，成为我国的领先技术。

参考文献：

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[3]高露雄， 肖志远， 王立海. 基于大数据环境的水文GIS应用发展初探[C]// 大数据时代的信息化建设——. 2015.