gis水文水資源數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)

gis水文水資源數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)與實現(xiàn)

目前，地理信息系統(tǒng)（gis）已廣泛應(yīng)用于水文學(xué)研究和水資源管理領(lǐng)域[1、2、3、4、5、6、7、8、9和10]。例如，“數(shù)字流域”的建設(shè)在國內(nèi)外廣泛開展。gis和遙感（sr）結(jié)合在洪水災(zāi)害分析中的應(yīng)用。gis在流量規(guī)劃決策系統(tǒng)中的應(yīng)用。利用gis制作文件格式數(shù)據(jù)的系統(tǒng)設(shè)計。該系統(tǒng)適用于無數(shù)據(jù)區(qū)域的流域水文模擬研究。在GIS應(yīng)用到水文學(xué)研究與水資源管理領(lǐng)域過程中,一個核心問題是GIS水文水資源數(shù)據(jù)模型設(shè)計,GIS水文水資源數(shù)據(jù)模型是關(guān)于現(xiàn)實世界中水文空間實體及其相互間聯(lián)系的概念,反映了水文過程與人類自然環(huán)境之間的相互關(guān)系。它為描述水文空間數(shù)據(jù)組織和設(shè)計水文空間數(shù)據(jù)庫模式提供基本方法,是GIS在水文學(xué)研究與水資源管理應(yīng)用設(shè)計的核心,也是推動GIS在水文學(xué)研究與水資源管理深入應(yīng)用,使之不斷更新的關(guān)鍵。美國環(huán)境系統(tǒng)研究所(EnvironmentalSystemsResearchInstitute,ESRI)和美國德克薩斯州立大學(xué)Austin分校水資源研究中心聯(lián)合開發(fā)了一種水文地理空間數(shù)據(jù)和時間序列數(shù)據(jù)模型——ArcHydro數(shù)據(jù)模型,它在ArcGIS環(huán)境下運行,主要用于水文水資源的研究。ArcHydro支持水文模擬,提供一種管理各種水文信息的規(guī)范格式,有助于系統(tǒng)地和有效地實現(xiàn)復(fù)雜水文系統(tǒng)的模擬與分析。在國內(nèi),GIS水文水資源數(shù)據(jù)模型的研究相對較少,目前還沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)規(guī)范格式,這不利于GIS在水文學(xué)研究和水資源管理上的進一步推廣應(yīng)用。本文在ArcHydro數(shù)據(jù)模型的基礎(chǔ)上,結(jié)合面向?qū)ο蠹夹g(shù),對GIS的水文水資源數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)設(shè)計和數(shù)據(jù)組織進行了深入的研究與探討,并將設(shè)計好的面向?qū)ο驡IS水文水資源數(shù)據(jù)模型應(yīng)用到江西省清豐山流域水文水資源管理中,取得了較好的成效,為進一步在水文學(xué)研究和水資源管理推廣應(yīng)用提供參考。1存在的問題和挑戰(zhàn)20世紀(jì)70年代起,美國田納西流域管理局利用GIS技術(shù)處理和分析各種流域數(shù)據(jù),為流域管理和規(guī)劃提供決策服務(wù),GIS開始應(yīng)用于水文學(xué)及水資源管理。進入80年代,隨著計算機技術(shù)的飛速發(fā)展,GIS在水文學(xué)及水資源管理領(lǐng)域的發(fā)展非常迅速。90年代,數(shù)字化信息技術(shù)的飛速發(fā)展,提出了流域“數(shù)字水文”平臺,GIS已經(jīng)成為構(gòu)建該平臺和進行流域水文模擬的重要工具,也取得了很大的成績,已被承認(rèn)是一個非常有用的工具。目前盡管大多數(shù)GIS對水文水資源信息具備了較強的數(shù)據(jù)存儲、管理和輸入輸出功能,但是主要以數(shù)據(jù)為中心,在表達水文地理空間、水文現(xiàn)象空間分析和支持決策的能力方面還遠遠不夠,導(dǎo)致這種情況的原因在于現(xiàn)有的GIS數(shù)據(jù)模型并不能準(zhǔn)確地表達地理空間水文對象特征,具體存在的問題和挑戰(zhàn)如下:(1)描述隨時間和空間而變化的地表水流運動是水文學(xué)家最重要的任務(wù)之一。那么,如何把描述水流運動和水質(zhì)的時間序列數(shù)據(jù)與描述周圍環(huán)境的地理空間數(shù)據(jù)集成或耦合在一起將是一個最重要的問題。(2)GIS在水文水資源上的應(yīng)用需要水文地理空間數(shù)據(jù)庫來支撐,水務(wù)管理部門在應(yīng)用GIS時,都構(gòu)建了相應(yīng)的水文地理空間數(shù)據(jù)庫,由于不同的開發(fā)單位對水文空間數(shù)據(jù)組織方式和設(shè)計空間數(shù)據(jù)庫的模式不一樣,造成水文地理空間數(shù)據(jù)庫層次不一,共享性、通用性和可擴展性差,如何設(shè)計GIS水文水資源數(shù)據(jù)模型以構(gòu)建通用的地理空間數(shù)據(jù)庫來支撐各種各樣的水文水資源項目?(3)描述陸地表面的數(shù)字高程數(shù)據(jù)變得越來越精確,柵格尺度越來越小,柵格數(shù)量越來越大,以至于用一個單一完整的數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)來研究一個大的流域變得越來越麻煩,分析工作是非常難處理的,而且不切實際,如何將流域地表信息進行單元分區(qū)處理,然后將所有的分區(qū)結(jié)果融合到一起構(gòu)成流域的整體數(shù)據(jù)庫?(4)描述河道和洪泛區(qū)平原時采用的是三角形不規(guī)則網(wǎng)格(TriangulatedIrregularNetwork,TIN)數(shù)據(jù),但是隨著被研究的河道長度增加,而三角網(wǎng)的精度不斷加大,在數(shù)據(jù)分析處理過程中帶來了極大的麻煩。如何從每一個河段的不規(guī)則三角網(wǎng)格中建立河道形狀的矢量描述,然后將所有矢量描述整合成對整條河流連續(xù)性的描述?(5)標(biāo)準(zhǔn)化的水文地理數(shù)據(jù)集主要是用來存儲描繪溪流、江河、湖泊以及海岸水體。如何將河流的水文地理信息特征與這條河流所在的流域聯(lián)系在一起?大量的空間點特征與河網(wǎng)水系有關(guān),比如測站、水工建筑物、供水系統(tǒng)取水口、污水處理系統(tǒng)排泄孔、橋梁等等。如何根據(jù)河網(wǎng)將這些信息進行地址編碼,以便很容易查找某個位置的上游河段和下游河段?(6)城市水文系統(tǒng)所遇到的很多問題是與農(nóng)村水文系統(tǒng)中有很大差異。特別是城市暴雨下水道系統(tǒng)所對應(yīng)的排水區(qū)間和同一區(qū)域地表河流對應(yīng)的排水區(qū)間差別相當(dāng)大。如何考慮這種差別?在面臨的所有這些挑戰(zhàn)中一個共同的主題就是數(shù)據(jù)融合:不同類型的GIS數(shù)據(jù)和水文水資源數(shù)據(jù)的集成;地理空間水文數(shù)據(jù)和水文模型的集成;不同空間尺度水文數(shù)據(jù)的集成。隨著GIS在水文學(xué)與水資源的深入應(yīng)用,迫切需要對水文地理空間數(shù)據(jù)和其它水資源信息規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化,構(gòu)建一個通用的水文地理空間數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)框架。2數(shù)據(jù)模型設(shè)計對于GIS在水文水資源中的應(yīng)用,其本質(zhì)是對有關(guān)水文的客觀地理世界的近似模擬,其理想狀態(tài)應(yīng)是盡可能準(zhǔn)確地反映真實的水文地理世界,同時做到數(shù)據(jù)量最小,又便于從中獲取所需要的水文信息和規(guī)律。面向?qū)ο蠓椒槿藗冊谟嬎銠C上直接描述物理世界提供了一個適合于人類思維模式的方法,這是因為空間信息較之傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫處理的二維信息更為復(fù)雜、瑣碎,面向?qū)ο蟮姆椒槊枋鰪?fù)雜的空間信息提供了一個直觀、結(jié)構(gòu)清晰、組織有序的方法,因而倍受重視。因此可利用面向?qū)ο蠹夹g(shù)來設(shè)計GIS的水文水資源數(shù)據(jù)模型。水文地理空間是水文對象組合排列集,每個水文對象都具有空間位置、特征屬性和時間特征,以及與其它對象之間的拓?fù)潢P(guān)系、語義關(guān)系等。面向?qū)ο蠹夹g(shù)(聚集、聯(lián)合、概括、分類和繼承等)可以將水文地理空間的復(fù)雜水文實體用對象準(zhǔn)確地表示,剔除一些同水文現(xiàn)象不相關(guān)的實體,而不會因為技術(shù)上的限制對這個實體進行人為的分解,同時將水文地理空間看成為一個整體,即每一個水文實體具有空間位置、特征屬性、時間特征以及同其它水文實體間的拓?fù)潢P(guān)系和語義聯(lián)系。面向?qū)ο蟮腉IS水文水資源數(shù)據(jù)模型見圖1,其設(shè)計要點為:(1)數(shù)據(jù)模型中所有的水文數(shù)據(jù)都必須有相同的地理坐標(biāo)系;(2)數(shù)據(jù)模型用來表征區(qū)域的主要結(jié)構(gòu),必須是基于對象模型的矢量結(jié)構(gòu)(點、線、面),同時可以被柵格數(shù)據(jù)和不規(guī)則三角網(wǎng)數(shù)據(jù)支持。即將有關(guān)水文現(xiàn)象的對象和連續(xù)場這兩種看似對立的模型統(tǒng)一在特征和特征集合的概念中;(3)雖然將有關(guān)水文現(xiàn)象的客觀世界作為整體看待,但并不排斥在執(zhí)行具體的數(shù)據(jù)組織時對眾多的有關(guān)水文現(xiàn)象的地理實體進行分層。數(shù)據(jù)模型中不同數(shù)據(jù)層的水文地理要素之間的聯(lián)系,必須能夠追蹤通過地表從一個要素到另一個要素的水體運動,同時能夠自由地加入、刪除、修改任意類型(點、線、面和復(fù)雜實體)的水文要素;(4)數(shù)據(jù)模型除了研究有關(guān)水文現(xiàn)象的對象的幾何位置及拓?fù)潢P(guān)系外,還要重視研究對象間的語義關(guān)系、空間位置、特征屬性和時間特征在模型中應(yīng)處于同等重要的地位。通過定義時間序列對象來描述水文對象隨時間變化的特性,將水所處環(huán)境的空間信息同水的測量值的時間信息相關(guān)聯(lián),組成一個完整的水文信息系統(tǒng);(5)數(shù)據(jù)模型應(yīng)能表征地理空間水文對象的三維、時變和多尺度特征。在水文水資源數(shù)據(jù)模型中,地理空間被表達為一個具有相互關(guān)系的水文對象集。每個水文對象不僅具有空間位置、特征屬性和時間特征,而且與其它對象之間具有拓?fù)潢P(guān)系和語義關(guān)系。所有這些信息在數(shù)據(jù)模型中都處于同等重要的地位,其中起著連接作用的是水文對象本身。在描述一個水資源系統(tǒng)時,根據(jù)對象的形狀特點,將基本的地理空間數(shù)據(jù)特征劃分為5種基本類型,主要有:①水文邊線(HydroEdge),代表河流水系及水體的中心線;②水文結(jié)點(HydroJunction),代表河段的端點,以及河流水系上重要的位置;③水體(Waterbody),水系統(tǒng)中重要的池塘、湖泊、港灣;④流域(Watershed),將陸地上的水匯集到河道或水體的區(qū)域;⑤監(jiān)測點(MonitoringPoint),代表水位、流量、雨量、水質(zhì)測量地點和其它一些重要水利工程的具體位置。在這些基本類型中,水體、流域以及監(jiān)測點都通過關(guān)系和水文結(jié)點發(fā)生聯(lián)系。這種關(guān)系是“一對多”的,即一個水文結(jié)點可以和一個或幾個類型中的對象相聯(lián)系。例如,兩個流域可匯合在河網(wǎng)上的同一個結(jié)點。時間序列對象主要用來表征水文地理空間中水文對象隨時間變化的屬性,如雨量站的降水時間序列、河道站水位和流量的時間序列、土壤植被在不同時期的特征等,這些信息在水資源管理中是非常重要的。在水文水資源數(shù)據(jù)模型中構(gòu)建時間序列對象能克服現(xiàn)有的GIS軟件僅局限于對空間屬性的表達和分析上這一缺陷,同時與空間屬性特征結(jié)合,能對水文現(xiàn)象隨時間變化特征和規(guī)律的認(rèn)識提供有效的手段。地理空間水文對象的三維特性及其相互間的語義關(guān)系和拓?fù)潢P(guān)系一直是GIS在水文水資源應(yīng)用研究的熱點,雖然在水文水資源數(shù)據(jù)模型中占據(jù)很重要的位置,但本文的重點在于對水文水資源數(shù)據(jù)模型的整體設(shè)計進行探討和研究。3“水文信息系統(tǒng)”的定義傳統(tǒng)的水文水資源數(shù)據(jù)僅僅是指描述水文水資源現(xiàn)象,如徑流、水質(zhì)以及蒸發(fā)的時間序列數(shù)據(jù)。而隨著地理信息系統(tǒng)在水文水資源中應(yīng)用的普及,水文水資源數(shù)據(jù)也開始包括描述陸地水文水資源特征的地理空間數(shù)據(jù)。在這種情況下,“水文信息系統(tǒng)”就被定義為支持水文分析和模擬的地理空間數(shù)據(jù)以及描述水流運動過程的時間序列數(shù)據(jù)的合成。為了完整地描述“水文信息系統(tǒng)”,在數(shù)據(jù)組織過程中,GIS水文水資源數(shù)據(jù)模型將水文水資源數(shù)據(jù)劃分為4個要素數(shù)據(jù)集,即水文網(wǎng)絡(luò)(HydroNetwork)、流域水系(DrainageSystem)、河道(Channel)、其它水文地理信息(Hydrograph)和一個時間序列對象(Timerseries)。3.1水文對象的多對象化為了更有效地表示水文對象之間的相互關(guān)系,GIS水文水資源數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計必須能夠反映數(shù)據(jù)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),同時又要有效完整地表達各種水文對象。利用面向?qū)ο蠹夹g(shù),可以實現(xiàn)上述要求,進行GIS水文水資源數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計。面向?qū)ο驡IS水文水資源數(shù)據(jù)模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)是水文抽象數(shù)據(jù)類型的定義,它具有很強的層次特性,其層次結(jié)構(gòu)如圖2所示。根據(jù)面向?qū)ο蟮腉IS水文水資源數(shù)據(jù)模型的組成,數(shù)據(jù)模型中的抽象類可定義為:水文要素類、水文網(wǎng)絡(luò)類、流域要素類、河道要素類以及其它的水文地理信息要素類等。利用分類、聯(lián)合、聚集和繼承等方法,能夠創(chuàng)建各個對象數(shù)據(jù)集中的具體水文對象。水文要素類定義了兩個屬性:水文要素ID(HydroID)和水文代碼(Hydrocode),它們能代表和區(qū)分所有水文對象。在地理信息水文水資源數(shù)據(jù)模型中,所有簡單要素類都繼承了水文要素類,同時也繼承水文要素類的屬性。水文網(wǎng)絡(luò)類、流域要素類、河道要素類以及其它水文地理信息要素類從水文要素類中繼承,它們通過水文要素類建立關(guān)聯(lián),同時它們又表征了相應(yīng)對象集的共同特征。水文水資源數(shù)據(jù)模型中的所有水文對象都可以根據(jù)需要建立關(guān)系。水文抽象類的定義能夠很有效地表達地理空間中各個水文對象間的相互聯(lián)系,它是面向?qū)ο驡IS水文水資源數(shù)據(jù)模型結(jié)構(gòu)框架的骨干。3.2模型組成分析(1)水文內(nèi)部線類水文網(wǎng)絡(luò)是由水文邊線和水文結(jié)點所組成的幾何網(wǎng)絡(luò),水文邊線和水文結(jié)點的拓?fù)渎?lián)系可以用來追蹤從上游到下游經(jīng)過溪流、河道和水體的水流運動。因此水文網(wǎng)絡(luò)能夠描述流量穿過河流和其他水體運動的連續(xù)性。水文邊線類在水文網(wǎng)絡(luò)中通過水文結(jié)點連接邊線組成邊線網(wǎng)絡(luò),其類對象結(jié)構(gòu)如圖3所示。水文邊線含有兩個子類型:流量線類和岸線類,流量線類主要由單線河、雙線河的中線和水體的中線組成,岸線通常指的是雙線河的兩岸、內(nèi)陸水體的邊線以及海岸線。如果在水文地理數(shù)據(jù)庫中,雙線河和水體沒有流量線,必須重新數(shù)字化生成流量線,否則將破壞水文網(wǎng)絡(luò)的整體連續(xù)性。在網(wǎng)絡(luò)中流量是沿著流量線流動,而不是沿著岸線流動。由于邊線類是通過復(fù)雜的邊屬性類繼承而建立的,水文結(jié)點能夠被加到水文邊線類的內(nèi)部,而沒有必要切斷任何的水文邊線。水文邊線類是多邊形線量度要素,即它的控制頂點有三維(x,y,m)坐標(biāo)體系,其中m是沿著水文邊線的量度位置。水文結(jié)點類包括了水文邊線間的結(jié)點和其它一些對于水文網(wǎng)絡(luò)分析至關(guān)重要的點,例如排水區(qū)域的出口、河道測站的位置以及其它要素,其類對象結(jié)構(gòu)如圖4所示。水文結(jié)點可用來代表水源、排水口、河道測站和其它相應(yīng)的用戶自定義位置。由于在水文網(wǎng)絡(luò)中每一要素都同排水口相關(guān),所以在所有的結(jié)點中,排水口在網(wǎng)絡(luò)結(jié)點中具有十分重要的地位。(2)流域要素類的作用水和陸地表面相互影響,陸地表面決定了水流通過地表的流向,而水流的侵蝕改變了地表的形狀。溪流、河道和水體一般位于地表的峽谷和凹地上,水流從地表的邊緣和地勢高的地方往下流形成了流域水系。流域水系對象數(shù)據(jù)集含有流域點、集水面積和流域線3個對象類,其對象模型如圖5所示。流域要素類用來表征流域水系中各對象共同特征,是從水文要素類繼承的一個抽象類,為流域水系的點、線、面要素之間提供關(guān)聯(lián),并且允許在分析數(shù)字高程模型時,水文水資源數(shù)據(jù)模型中的矢量要素與用于創(chuàng)建它們的流域柵格要素相關(guān)聯(lián),來支持流域的水文分析與模擬。流域點主要是指流域上河網(wǎng)的出口,流域線是指流域河網(wǎng)上的線條。在水文模型研究和使用數(shù)字高程模型分析地形中,精確的流域點和線是不可缺少的一部分。流域線可從一個地形圖中手工描繪、也可從一個柵格化的數(shù)字地圖中數(shù)字化得到、或者通過使用數(shù)字高程模型的柵格數(shù)據(jù)來決定。流域線同水文網(wǎng)絡(luò)中的水文邊線之間有很密切的關(guān)聯(lián),但是沒有必要在空間位置上一致。事實上在數(shù)字化地圖過程中,如果得不到一個合適的河網(wǎng),利用流域線也能夠構(gòu)成一個很好的水文網(wǎng)絡(luò)。集水面積是用來描述任何關(guān)于流域面積的要素總稱,根據(jù)不同定義和劃分流域方式,它可被劃分不同級別的子類,用于描述特殊類型的流域。(3)文保關(guān)系的對象模型由于河流對于人類活動和生活質(zhì)量都具有非常重要的意義,人們一直在致力于提高對河流的自然屬性和活動的認(rèn)識,關(guān)于河流的大量數(shù)據(jù)已經(jīng)被收集,如河流的生態(tài)、水量、水質(zhì)、周圍的居民地和洪水的潛在資源等。在面向?qū)ο蟮腉IS水文水資源數(shù)據(jù)模型中,河道對象數(shù)據(jù)集能有效地存儲、管理和提取河流的重要數(shù)據(jù),并提供了標(biāo)準(zhǔn)的方法去表征河道剖面線和河道斷面,使得在GIS中更容易提取河道信息和實現(xiàn)可視化。河道對象數(shù)據(jù)集能對河道的形態(tài)進行三維表示,常用于洪災(zāi)、河流生態(tài)和形態(tài)的研究上。河道對象數(shù)據(jù)集含有剖面線類、斷面類和斷面點對象類,對象模型如圖6所示。河道要素類是從水文要素類繼承得到的抽象類,用來表示河道水文對象的共同特征。剖面線一般與和河道流量平行的線,比如河谷底線和河岸線等;斷面線一般是同流量方向垂直的一條線。某一區(qū)域河道的相關(guān)信息可通過使用現(xiàn)代的測量技術(shù)獲得,也可從數(shù)字高程模型或不規(guī)則三角網(wǎng)狀的數(shù)字地表模型中提取數(shù)據(jù)獲得。河道斷面線是一個三維的多邊形線量度要素,在該要素中,線上的每個頂點都有坐標(biāo)(x,y,z,m)。坐標(biāo)(x,y)給出了頂點在地平面上的具體位置,z代表垂直基準(zhǔn)面上的高程,m是指斷面尺寸。剖面線是對河道縱向的剖視,通常是水流方向的平行線。幾種常見的剖面線:河谷底線、河岸線、洪水線和流量線等,河谷底線是指通過河道每一斷面最低點的剖面線;河岸線是河道每一邊水面同陸面的交線;洪水線是當(dāng)河漫灘或者是洪泛區(qū)發(fā)生洪災(zāi)的時候,在河漫灘或者洪泛區(qū)上能夠代表洪水水流方向的洪水過程線;流量線是與流量的方向相同的線。河谷底線和河岸線可以從高分辨率的正投影數(shù)字圖片或地圖數(shù)字化得到,或者通過人工測量得到。同河道斷面一樣,剖面線也是三維的多邊形線量度要素,線上的每個頂點都有坐標(biāo)(x,y,z,m),m坐標(biāo)是剖面量度,或者說是河流長度的測量值。斷面點對象類存儲斷面點數(shù)據(jù),并且通過屬性斷面代碼同河道斷面相關(guān)聯(lián)。雖然一個簡單的斷面線表征了一個斷面的位置,但是幾個斷面點也能夠?qū)拥肋M行幾何描述。如果斷面的幾何特征被存儲為斷面點,斷面要素的高程(z)坐標(biāo)和量度(m)坐標(biāo)就不應(yīng)該被賦值,以避免產(chǎn)生混淆。(4)水文面要素的應(yīng)用其它水文地理信息包括水文地理信息地圖上點、線、面數(shù)據(jù)圖層、從數(shù)據(jù)詳細(xì)目錄列表中獲得的點要素以及用來說明陸地表面水文循環(huán)中水垂直變化過程的水文響應(yīng)單元。點要素可能包括測站、取水點、排水點、壩、橋、建筑物、自定義點等;線要素有自然河流、人工運河、溝渠、輸送地下水的管道、表征湖泊及其它水體的人工繪制的路線等,當(dāng)然,在實際水文網(wǎng)絡(luò)中還有更多種類型的水文線要素,如廢棄的水池、不屬于河網(wǎng)的湖泊、海岸線、島嶼的邊線、公路、城鎮(zhèn)邊界線、流域機構(gòu)管轄區(qū)域的邊界線、城市界線等;水文面要素是一個多邊形要素,表征地圖上的具有面積屬性的對象,常見的水文面要素有縣轄區(qū)、其它管轄區(qū)域、洪泛區(qū)、水體、水體中的島嶼等。另外值得一提的面要素還有水文響應(yīng)單元,水文響應(yīng)單元用來表征進行地表水量平衡核算的特征面積,通常由土壤和陸地覆蓋的多邊形交叉組成,也可以由氣候網(wǎng)格、行政區(qū)劃和流域的邊界線以及地下蓄水層的邊界線組成。一般認(rèn)為,每一個響應(yīng)單元有相同的屬性,這些屬性可以用來描述將陸地表面降雨劃分為地表徑流、蒸發(fā)和滲透的整個過程。上述各種水文地理信息要素是對面向?qū)ο蟮腉IS水文水資源數(shù)據(jù)模型完整地表達水文地理空間的補充,是面向?qū)ο蟮腉IS水文水資源數(shù)據(jù)模型不可缺少的一部分,所有這些要素都以相應(yīng)的形式被標(biāo)注在地圖上,為觀察者提供一個空間參考。(5)時間序列對象的確定地理信息水文水資源數(shù)據(jù)模型的地理空間要素主要描述了水體的運行環(huán)境,即水流運動所經(jīng)過的一個自然環(huán)境。在任何空間位置,對水流的特性(如流量、水質(zhì)等)的描述是非常需要和重要的,而對于水流特性所對應(yīng)的時間坐標(biāo)來說,也是一個很重要的特征,數(shù)據(jù)模型中的時間序列對象就是專門用來存儲含有時間序列的水文要素,時間序列對象的核心模塊包含有兩個對象類:時間序列類和序列類型對象類,對象模型如圖7所示。時間序列對象類中水文要素ID值為描述時間序列值的水文對象的水文要素ID,序列類型ID用來確定時間序列對象的類型,如降水量序列、流量序列、蒸發(fā)量序列等,同序列類型對象類有一一對應(yīng)關(guān)系。序列類型對象描述序列類型ID的時間序列的詳細(xì)信息,如變量、單位、時段是否規(guī)則、時段長、數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)來源等。每一個要素在時間序列表中都有一個時間標(biāo)志,這個標(biāo)志存儲在時間序列表中的時間字段,該字段是標(biāo)準(zhǔn)的時間類型,包含了日期和時間信息。由水文要素ID,序列類型ID和時間可以共同確定水文要素的數(shù)據(jù)值。3.3水文網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建水文網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)只是點和線的連接,而在水文水資源應(yīng)用中,集水面積也往往起到很重要的作用,因此非常有必要將集水面積和水文網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系在一起。建立集水面積和網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系的最簡單的一種方式就是建立集水面積和位于該水體下游出口的水文結(jié)點之間的某種關(guān)系,具體的做法就是將水文結(jié)點的水文要素ID屬性值賦給集水面積的結(jié)點ID屬性值。事實上,建立其他對象和水文網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系都可以采用“HydroID-to-JunctionID”這種方式。例如,將網(wǎng)絡(luò)上某個水文連接點的水文要素ID屬性值賦給距離最近的監(jiān)測點的結(jié)點ID屬性,這樣來建立監(jiān)測點和網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系。流域水系通過分析陸地表面地形來定義集水區(qū)域,通常利用數(shù)字高程模型(DEM)來分析地表的水流方式和到出口斷面的集水區(qū)域。一般來說,使用高精度數(shù)字高程模型的柵格分析實際上只適用于區(qū)域性的水文水資源研究,但是可以將流域水系集水區(qū)域柵格分析的結(jié)果同水文網(wǎng)絡(luò)的矢量分析相結(jié)合,共同實現(xiàn)整個流域的水文水資源研究;同樣將河道三角形不規(guī)則網(wǎng)格數(shù)據(jù)同水文網(wǎng)絡(luò)的矢量分析相結(jié)合,能實現(xiàn)對整條河流連續(xù)性的描述。時間序列對象主要通過水文要素ID同數(shù)據(jù)模型其它組成部分建立關(guān)聯(lián)。通過所建立的關(guān)聯(lián),水文對象的時間序列可以看成是該對象隨時間變化的一個動態(tài)屬性。4文化景觀資源數(shù)據(jù)庫清豐山流域位于東經(jīng)115°30′～116°00′與北緯27°40′～2