基于三维GIS的河流突发水污染事故模拟研究

【摘要】：水是一种不可替代的战略自然资源,它不仅是一切生命生存繁衍的源泉,还与人类文明进步息息相关。在现代社会中,水资源在国民经济建设中发挥着举足轻重的作用,成为经济增长的促进或者制约因素。随着人口增长、工业化不断推进以及社会发展,水的作用越来越重要。近年来,我国河流突发水污染事故频繁发生,造成极大的危害和损失。而对于突发事故的预防、应急处理中,事故水质的模拟预测是非常关键的环节。水污染事故水质模拟预测分析能为应急处理和应急救援等方面提供决策支持。决策者能通过事故水质模拟结果作出对事故评价、实施应急措施,遏制或者减轻事故危害的正确决策。同时,三维GIS在可视化方面具有传统GIS不可比拟的优势。因此,本文建立了基于三维GIS的河流突发水污染事故水质模拟预测可视化系统,并以渭河下游某一段为例,进行河流突发水污染事故水质模拟预测及其三维可视化研究。论文主要包括以下几个方面的内容： 在前人研究的基础上,对河流突发水污染事故的理论及防治对策、污染物在水体中的扩散迁移规律、水质模拟模型的建立过程和求解方法等相关水污染理论知识进行了学习研究,同时也对三维GIS的理论、方法、二次开发等方面做了深入研究。 在理论研究的基础上,结合河流突发水污染事故水质模拟的需求分析和三维GIS特点,按照地理信息系统开发设计原则,对系统设计目标、系统架构、总体结构、系统功能、系统事故水质模型等方面进行了设计；实现了河流突发水污染事故水质模拟三维可视化系统的设计。 应用组件技术和插件技术,结合系统设计特点,用数据库进行数据管理,在.NET平台上利用Arc Engine9.3进行三维可视化平台开发,水质模型采用Matlab进行开发计算,并与三维平台集成,最终开发了渭河突发水污染事故水质模拟三维可视化系统。 在建立的渭河突发水污染事故水质模拟三维可视化系统中,以渭河下游一段为研究区,实现了如下功能：对水污染事故空间数据和属性数据的存储、编辑、分析功能；事故水质模拟结果三维可视化的场景模型制作及其三维场景功能开发；对事故水质定性、定量模拟计算功能和模拟结果的三维可视化及其查询分析等功能。 【关键词】：三维GIS 三维可视化 突发水污染事故 水质模拟
【学位授予单位】：西北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：P208;X522
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 选题背景与意义10-11
• 1.2 突发水污染事故概述11-14
• 1.2.1 突发水污染事故的概念及分类11-12
• 1.2.2 突发水污染事故的特点12
• 1.2.3 突发水污染事故的危害性及其应对意义12-14
• 1.3 国内外研究现状14-18
• 1.3.1 突发水污染事故的研究现状14-15
• 1.3.2 水污染扩散模型研究现状15-17
• 1.3.3 GIS与水污染扩散模型的集成研究现状17-18
• 1.4 研究内容及技术路线18-19
• 1.4.1 研究内容18-19
• 1.4.2 技术路线图19
• 1.5 本章小结19-20
• 第二章 水质模型及三维GIS20-38
• 2.1 水质模型概述20-22
• 2.1.1 水质模型发展与分类20
• 2.1.2 水质模型参数选取20-22
• 2.1.3 水质基本数学模型22
• 2.2 河流水污染事故一维水质模型22-28
• 2.2.1 河流一维点源瞬时事故水质模型22-26
• 2.2.2 河流一维点源连续事故水质模型26-28
• 2.3 河流水污染事故二维水质模型28-34
• 2.3.1 河流二维水力水质模型28-29
• 2.3.2 河流水污染事故二维水质模型的求解29-34
• 2.4 三维GIS34-36
• 2.4.1 三维GIS概述34-35
• 2.4.2 三维可视化技术概述35
• 2.4.3 虚拟现实技术概述35
• 2.4.4 三维GIS开发35-36
• 2.5 三维GIS与水质数学模型集成36-37
• 2.5.1 三维GIS与水质模型集成优点36-37
• 2.5.2 三维GIS与水质模型集成方式37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 河流突发水污染事故水质模拟三维可视化系统的设计38-49
• 3.1 系统设计原则及目标38-39
• 3.1.1 系统设计原则38
• 3.1.2 系统设计目标38-39
• 3.2 系统架构及平台选择39-42
• 3.2.1 系统体系结构选择39-40
• 3.2.2 系统逻辑结构设计40-41
• 3.2.3 系统总体结构设计41
• 3.2.4 系统开发工具选择41-42
• 3.3 系统功能设计42-45
• 3.3.1 三维GIS平台管理子系统42-43
• 3.3.2 事故水质模拟预测子系统43-45
• 3.4 数据库设计45-46
• 3.5 系统的水质模型设计46-47
• 3.5.1 事故水质定性定量模拟模型的设计思想46-47
• 3.5.2 事故水质定性定量模拟模型的组成结构47
• 3.6 本章小结47-49
• 第四章 水污染事故水质模拟三维可视化系统的关键技术研究49-56
• 4.1 组件式GIS技术49-50
• 4.1.1 组件式GIS概述49-50
• 4.1.2 Arc GIS Engine组件技术在本系统中的应用50
• 4.2 插件技术50-53
• 4.2.1 插件概述50-51
• 4.2.2 插件技术在本系统中应用的必要性51
• 4.2.3 模型插件与C#系统集成51-53
• 4.3 .NET与MATLAB的联合编程53-54
• 4.3.1 matlab中的.NET组件生成53-54
• 4.3.2 在.NET平台下的集成54
• 4.4 本章小结54-56
• 第五章 渭河突发水污染事故水质模拟三维可视化系统实现56-82
• 5.1 渭河基本概况56-58
• 5.1.1 自然状况和河流水系56-57
• 5.1.2 径流特性57
• 5.1.3 水质状况57-58
• 5.2 系统三维场景模型实现58-63
• 5.2.1 三维场景的实现过程58
• 5.2.2 三维地形模型的制作58-61
• 5.2.3 三维河流模型的制作61-62
• 5.2.4 三维地物模型的制作62-63
• 5.3 系统三维场景功能实现63-68
• 5.3.1 三维场景基本功能实现63-65
• 5.3.2 三维场景参数设置功能实现65-66
• 5.3.3 三维场景地形渲染功能实现66-67
• 5.3.4 系统三维查询功能实现67-68
• 5.4 渭河离散化实现68-72
• 5.4.1 线状河流的离散化68-69
• 5.4.2 面状河流的离散化69-72
• 5.5 事故模拟预测模型的计算72-76
• 5.5.1 事故定性模拟模型的计算73-74
• 5.5.2 事故定量模拟模型的计算74-76
• 5.6 模拟结果的三维可视化与分析研究76-80
• 5.6.1 事故定性模拟三维显示及分析76-77
• 5.6.2 事故定量模拟三维显示及分析77-80
• 5.7 系统预测功能—预案速查手册设计研究80-81
• 5.8 本章小结81-82
• 第六章 结论与展望82-84
• 6.1 结论82
• 6.2 展望82-84
• 参考文献84-89
• 硕士学位期间取得的学术成果89-90
• 致谢90

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