［摘 要］ “黄河下游基于gis的二维水沙数学模型”和“黄河下游交互式三维视景系统”是数字黄河工程中两个重要的研究项目。利用三维视景系统强大的三维仿真能力将二维水沙数学模型的计算结果进行直观的可视化模拟,为黄河下游防洪、减灾、水量调度提供决策支持。

［关键词］ 三维仿真 数学模型 gis 二维水沙 数字黄河

1概述

“数字黄河”就是把黄河装进计算机，在计算机中建立原型黄河的虚拟对照体，从而可方便地模拟、分析、研究黄河的自然现象，探索其内在规律，为黄河治理、开发和管理的各种方案决策提供技术支持。数学模拟系统是“数字黄河”的核心，是在数据集成平台支持下，通过对各种水利专业模型的开发，形成的一个面向具体应用的、可以对有关水利信息进行综合处理的虚拟仿真系统。

数学模拟系统的两个基本要素是建立模拟各类规律的数学模型以及表现模拟结果的数字平台。如何将三维数字平台与专业数学模型结合起来，更好的表现数学模型所表现的自然规律，为黄河治理开发提供决策支持，这正是“三维视景系统在黄河下游二维水沙数学模型中应用”所要研究的问题。

1系统概况

“黄河下游基于gis二维水沙数学模型”（简称“二维水沙数学模型”）主要是根据理论研究以及对黄河下游河道泥沙多年冲淤变化的分析，建立先进实用的数学模型来模拟研究黄河下游河道水流泥沙演进规律。“黄河下游交互式三维视景系统”则是“数字黄河”工程建设的一个基础设施平台，具有信息集成、二次开发、与其它应用系统结合的特点，可以为其它应用系统提供一个三维可视化表现分析的数字平台。

“黄河下游交互式三维视景系统”与“二维水沙数学模型”两个项目，一个建立了黄河下游三维数字平台，一个建立了模拟黄河下游水流、泥沙演进规律的数学模型，两者的有效结合将能完整地体现“数字黄河”工程的精髓。

1）系统结合的可行性

“黄河下游交互式三维视景系统”建立了黄河下游基于地理坐标控制的海量三维虚拟场景，工程地物与现实黄河下游一一对应，由于系统场景采用地理坐标进行控制定位，使其与其它基于gis应用系统的结合有了一个共同的基础，也就是说基于gis的各种应用都可以方便地在该系统上加以表现。二维水沙数学模型计算网格的构建、基本信息的提取也都基于地理坐标进行控制，这样两大系统的结合有了一个共同的空间基础,可以将二维水沙数学模型的计算结果在三维环境下进行动态直观模拟。如：可以在三维环境下动态表现

经过二维水沙模型计算过的一次洪水在河道的演进过程、分析不同区域的淹没水深及历时，若再与灾情评估模型结合可以分析不同洪水过程的淹没损失等。

2）系统结合方式

黄河下游交互式三维视景系统与二维水沙数学模型结合的方式有两种，一种是紧密型结合方式，一种是松散型结合方式。紧密型结合方式即模块层次结合，就是将二维水沙数学模型作为三维视景系统的一个功能模块，在三维环境下进行水沙模型方案的生成、计算，并通过三维视景平台对计算过程进行实时模拟显示分析；松散结合方式即数据层次结合，就是将三维视景系统作为二维水沙数学模型的一个表现平台，由三维视景系统读取二维水沙数学模型方案结果，在三维平台上进行计算结果的模拟显示。对于紧密型结合方式，模型方案生成、计算、显示一体化，集成效果好，可进行实时模拟演进分析，但这种方式耗费资源大，模拟显示效果受计算速度限制，现在常规计算机难以实现。松散型结合方式的计算、显示独立进行，模拟显示效果方便采用分布式计算，不受单机计算速度限制，可在常规计算机上实现现阶段考虑采取松散型结合方式。

2技术路线

首先在三维视景平台界面上开发水沙模型菜单界面，具体内容包括方案选择、方案模拟、方案分析等内容，建立三维视景系统与二维水沙数学模型数据库的接口。在三维视景平台上可以通过选择不同的计算方案来取得不同方案的结果数据。

根据模型计算边界条件，利用空间网格构建技术，修正三维视景系统河道数字高