水利部黄河水利委员会主任李国英作特邀报告

1、背景

1998年1月31日，美国前副总统戈尔在加利福尼亚科学中心作了题为“数字地球：认识21世纪我们的星球”的演讲，首次公开提出数字地球的概念（[1]）。在他看来，数字地球就是一种可以嵌入海量数据的、多分辨率的、关于地球的三维表示。演讲中列举了数字地球需要的技术，主要包括：计算科学、海量存储、卫星影像、宽带网络、互操作性及元数据等技术。演讲的最后指出，在数字地球第一阶段应该集中精力整合已有的数据，第二阶段实现1米分辨率的数字世界地图。显然，数字地球的实现是一个浩大的工程，需要全世界各个国家、组织、企业以及科研院所等的共同努力。

在戈尔演讲之后，美国、法国等许多国家的政府组织、企业和科研院校等纷纷启动了相关的课题，如1999年9月美国国防部高级研究计划署（DARPA）资助斯坦福研究院（SRI，Stanford Research Institute）的“数字地球”项目（[2]）以及法国地矿局BRGM的InfoTerre系统（[3]）。

数字地球的核心思想就是用数字化手段处理整个地球的自然和社会活动诸方面的问题，最大限度地利用资源，并使公众能够通过一定方式方便地获得所想了解的有关地球的信息；其特点是嵌入海量地理数据，实现对地球的多分辨率、三维描述。通俗地讲，数字地球就是用数字的手法将地球、地球上的活动及整个地球环境的时空变化装入电脑中，并实现网上流通，最大限度地为人类的生存、可持续发展和日常的工作、学习、生活、娱乐服务。严格地讲，数字地球是以计算机技术、多媒体技术和大规模存储技术为基础，以宽带网络为纽带，运用海量地球信息对地球进行多分辨率、多尺度、多时空和多种类的三维描述，并利用它作为工具来支持和改善人类活动和生活质量。

数字地球概念的提出具有深刻的技术、环境、经济、社会、政治及军事等背景，也是信息技术高度综合发展的必然。同时，数字地球概念在许多领域产生了广泛影响，繁衍了数字城市（[6]）、数字流域（[7]）等许多概念。

在吸收数字地球先进理念的基础上，根据黄河的实际情况，围绕21世纪黄河治理开发与管理的目标，2001年7月我们提出了“数字黄河”的概念（[4]）。“数字黄河”概念的提出具有鲜明的黄河流域背景，具体表现在以下两个主要方面：

（1）进入21世纪，黄河治理开发与管理仍面临四个方面的主要问题：一是河床淤积萎缩加剧，过洪能力急剧下降，洪水威胁依然是心腹之患；二是水资源供需矛盾突出，大量生态用水被挤占；三是水土流失尚未得到有效遏制；四是水质污染日趋严重。

针对上述问题，新时期黄河治理开发与管理的目标确定为：一是初步建成黄河下游防洪减淤体系。二是完善水资源统一管理与调度体制，优化黄河水资源配置。三是加强黄土高原特别是多沙粗沙区的治理，努力实现入黄泥沙再减２亿吨。四是加强水质监测体系建设，为遏制黄河水质恶化的趋势创造条件。

（2）从20世纪80年代初开始，特别是90年代以来，黄委的信息化在数据采集、通信与计算机网络、专业数据库建设，以及遥感和地理信息系统应用、业务应用系统开发等方面取得了很大成绩，先后建成的各种信息系统在黄河治理开发与管理的实践中发挥了重要作用。更重要的是，各类信息系统的运行积累了海量数据，包括水文气象数据、流域空间地理数据、河道及断面数据等。但总体上讲，由于缺乏从基础设施建设到业务应用的整体规划，基础设施功能比较松散、数据采集技术不够完善、各种专业模型没有充分开发运用，缺乏统一的标准和规范，低水平重复建设和信息孤岛现象比较普遍，信息资源不能得到有效共享和利用，系统的整体性能不高。

 分析新时期黄河治理开发与管理的目标及其面临的一系列问题、对比治黄工作的信息化水平，发现治黄工作的信息化现状已不能满足治黄工作对管理和决策的科学性、准确性及时效性的要求。以“数字黄河”概念为指导，充分吸收当今世界先进成熟的理论和技术，对治黄工作的信息化建设进行统一规划、设计和开发部署是治黄通往现代化的必由之路。“数字黄河”能够以信息化为主要技术手段加速黄河治理开发与管理方式的现代化，为快速采集各类数据、准确无误传输数据、安全高效地存储数据、最大限度地共享各类资源提供先进的平台，提高问题预测、决策的反应能力。

2、数字黄河的科学含义

2.1   基本概念

 “数字黄河”，就是借助全数字摄影测量、遥测、遥感（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）等现代化手段及传统手段采集基础数据，通过微波、超短波、光缆、卫星等快捷传输方式，对黄河流域及其相关地区的自然、经济、社会等要素构建一体化的数字集成平台和虚拟环境，在这一平台和环境中，以功能强大的应用软件系统与数学模型对黄河治理开发和管理的各种方案进行模拟、分析和研究，并在可视化的条件下提供决策支持，增强决策的科学性和预见性（[4]）。

简单地说，“数字黄河”就是“原型黄河”的虚拟对照体，即通过全数字化数据库平台的构建，建立黄河流域及其相关地区的数字化（虚拟）研究环境，通过数学模拟系统对黄河治理开发和管理的各种方案进行模拟、分析和研究。

通俗地讲，“数字黄河”就是把黄河装进计算机，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科学技术支持。

“数字黄河”包括三个层次的内容：第一层是覆盖全流域的、完善的数据采集及高质量的数据通信传输系统；第二层是海量数据的存储管理与信息资源共享系统；第三层是能够对黄河的现在、过去及其将来各自然现象进行模拟仿真的数学模拟系统和各类业务应用系统。

由“数字黄河”的概念可以看出，“数字黄河”密切联系着自然河流和人类经济社会两大系统，是一个开放的系统。一方面，“数字黄河”包含了反映黄河诸多自然属性的数据，在此之上，运用数学模拟仿真可以研究、分析黄河对流域人类经济社会的作用；另一方面，运用数学模拟仿真可以比选在黄河上的各类技术方案，分析研究人类活动（工程建设运用）对黄河的反作用，以便优化帮助确定既利于维持黄河健康生命又利于流域经济社会的持续发展的黄河治理开发与管理模式。自然的黄河和流域社会经济环境的演变情况通过完善的数据采集系统可以不断地在“数字黄河”中得到体现；通过优化组织“数字黄河”中的海量数据并充分挖掘分析，可以为公众和相关利益者提供方便的数据信息访问服务；通过在3D环境下运行数学模拟系统可以认识分析黄河的过去、现在和未来的变化。

“数字黄河”从地理的视角表达了自然黄河，在空间上覆盖了黄河流域及其相关地区，是自然界的黄河在计算机和网络世界的虚拟表达，是帮助我们认识、理解并分析把握黄河自然规律的平台；同时，“数字黄河”也为治理开发与管理黄河提供了决策支持的技术环境。

2.2  “数字黄河”与“三条黄河”

在新时期我们提出的黄河治理开发与管理的整个科技治河体系中，“数字黄河”的地位和作用十分重要。新时期科技治河体系的核心是“三条黄河”建设，即“原型黄河”、“数字黄河”和“模型黄河”（[5]）。三者的相互关系见图1。

图1  三条黄河的相互关系

“原型黄河”，是自然界中的黄河，是我们治理开发和管理的对象，治理的最终目标是维持黄河健康生命，促进河流与经济社会的和谐发展。为实现“原型黄河”的治理目标，必须借助现代科技手段，特别是高科技手段，及时准确地掌握和预测黄河不断出现的新情况，通过广泛深入的科学研究和实践，解决好黄河治理开发与管理中的一系列重大问题。

“数字黄河”是“原型黄河”的虚拟对照体，可以对黄河治理开发与管理的各种方案进行模拟、分析和研究，并在可视化的条件下提供对“原型黄河”治理的决策支持。

“模型黄河”是实验室中的黄河。“模型黄河”主要是通过对“原型黄河”所反映的自然现象进行反演、模拟和试验，从而揭示“原型黄河”的内在规律。它的作用是直接为“原型黄河”提供治理开发方案，同时，“模型黄河”还应成为“数字黄河”通过模拟分析提出“原型黄河”治理开发方案的中试环节。

“原型黄河”、“数字黄河”、“模型黄河” 相互关联、互为作用，共同构成了支持黄河治理开发与管理的科学决策场。在实际应用中，通过对“原型黄河”的研究，提出黄河治理开发与管理的各种需求；利用“数字黄河”对黄河治理开发方案进行计算机模拟，提出若干可能方案或预案；利用“模型黄河”对“数字黄河”提出的可能方案或预案进行试验，进行修改和完善，提出可行方案或预案；最后将所选方案或预案在“原型黄河”布置或实施，经过“原型黄河”实践，逐步调整、优化，以保障治理开发方案的技术先进、经济合理、安全有效。

3、应用及科学技术问题

如前所述“数字黄河”是原型黄河的虚拟对照体，是计算机和网络中的黄河。那么，流域中与黄河相关的重大自然事件和人类活动都应按一定的时空尺度反映在“数字黄河”之中。同时，“数字黄河”也必须为预测管理黄河的重大自然事件、规范并优化人类影响河流的活动、进而建立和谐的社会与河流的关系提供科技支持。为此，“数字黄河”需要回答和解决治黄应用与相关科学技术两方面的问题。

3.1  治黄应用方面

（1）水文气象情报预报

水文气象情报预报已经由传统的仅为防汛减灾提供服务扩展为防汛、水资源管理和调度、水资源保护和监测、调水调沙等重大治黄实践提供决策依据，其主要任务是接收处理各类气象、雨水情信息，制作和发布气象预报和水文预报。“数字黄河”必须解决气象、水雨情数据的采集和高效传输及处理问题。同时，必须能对雨情和水情的趋势变化进行模拟预测。

（2）防汛减灾

防汛减灾的核心是对洪水资源实施调度与管理，将其对人类造成的损失减少到最低程度。洪水是河流的自然现象，“数字黄河”必须能模拟预测洪水泥沙演进和洪水致灾情况、优化水库及相关工程的联合调度运用方案，以洪水资源利用的最大化和洪水致灾的最小化为目标，为防汛减灾提供科学高效的支持。

（3）水资源管理与调度

黄河水资源的统一管理与调度是维持黄河健康生命、优化水资源在黄河流域及相关地区配置的重要措施和保证。其核心是根据黄河水资源动态情况，优化确定黄河水资源在不同时空的配水方案，实施水资源的精细调度。“数字黄河”必须能模拟黄河水资源的状态、黄河流域及相关地区典型的需水和用水情况，能够动态编制、管理和模拟水资源配置与调度的不同方案，同时能够监视水资源的调度情况并进行控制。

（4）水资源保护

黄河水资源保护工作旨在为保证流域及相关地区的环境与社会生活引水和用水安全提供科技支持。其核心任务是对水质、水环境进行监测、监督和分析评价。“数字黄河”必须能够及时采集大量的水质、水环境数据，在此基础上对其状态进行模拟、评价；能够计算模拟不同时空黄河水环境的承载情况以及纳污情况，并对水资源的变化进行模拟预警预报；对污染物在特定河段的输移扩散过程进行模拟仿真、预测预报。

（5）水土保持生态环境监测

黄河流域水土保持生态环境监测旨在通过相对完善的监测网络，为水土保持规划提供支持，对各类水土保持措施进行评价分析。“数字黄河”必须建立相对完善的水土保持监测网络，采集水土流失的基本数据，准确掌握关于流域内特别是黄土高原的水土流失、生态环境信息。同时，应建立土壤侵蚀模型群，特别是黄土高原水土流失的机理模型，模拟预测黄土高原的水土流失，评价、比较不同的治理方案等。

3.2  科学技术方面

建设“数字黄河”需要解决许多科学技术方面的问题，主要包括以下内容：

（1）为在计算机中提供关于黄河的三维真实表达，必须以时空为参照对“数字黄河”相关的海量异质数据进行高度集成、科学组织和高效存储。为此，必须解决以统一的空间地理坐标为索引并且引入时间维对数据标注的问题，以及空间地理数据的元数据标准问题。

（2）多分辨率、不同时空密度的数据采集和处理问题。由于黄河流域自然气候、地质地貌的复杂性及其巨大的差异性，以及独特的水沙特性，必须解决与水文观测和数据采集相关的、黄河流域呈现的特有技术和仪器设备问题。

（3）探索黄河的水沙、水环境等相关因素的变化规律、把握其机理并建立相应的数学模型。黄河流域的许多水沙现象的成因和环境是独一无二的，在其它常见流域情形已知的自然现象和事件的规律以及为之建立的各类数学模型不符合黄河的情况。因此，为使“数字黄河”能够模拟仿真“原型黄河”的水沙过程和现象，必须研发一系列反映机理的数学模型。

（4）与黄河的三维表达密切相关的虚拟现实和仿真问题。 “数字黄河”最终要在开放变化的Internet环境下模拟仿真“原型黄河”。为其具备人机交互友好、高效、可扩展等性能，需要解决与普适计算、虚拟现实和仿真等技术相关的问题。

4、“数字黄河”框架

“数字黄河”主体框架采用了包括基础设施、应用服务平台、应用系统在内的三层架构体系，以及与之相关的技术支持和工程保障体系等，见图2。

图2  “数字黄河”框架

基础设施主要完成各类数据从采集、传输到存储与管理。根据黄河的自然特性和黄河治理开发与管理需要，借助逐步完善的“原型黄河”的测验体系，利用GPS、RS、遥测、人工观测等技术广泛采集数据信息；利用高速计算机及通信网络，快捷、实时地将采集的数据传输到数据存储与管理系统之中。

应用服务平台是“数字黄河”信息资源的管理者，也是应用系统服务的提供者。它是一个开放的资源共享和应用集成平台，同时也是可视化表达的公用服务平台，为各类业务应用提供重要支撑。在应用服务平台层，集中了“数字黄河”中的有关数据处理、信息资源共享、核心业务计算与模拟分析等功能。

应用系统层在可视化的应用服务平台之上，包括防汛减灾、水量调度、水资源保护、水土保持、水利工程管理等专业应用系统，为治黄业务提供专业决策支持和信息服务。综合决策支持是“数字黄河”的最高层次应用，它以各专业应用系统为主体，通过应用虚拟仿真技术为各应用集成提供模拟分析的软硬件环境和虚拟现实、业务仿真的可视化环境，完成对治黄业务工作的监测、分析、研究、预测、决策、执行和反馈的全过程。

政策法规与组织领导是 “数字黄河”实现的重要保障和支撑；标准体系与技术支持是保持“数字黄河”开放、先进的关键。

5、“数字黄河”建设

“数字黄河”是一个极其复杂的系统，需要一个建设、完善和不断优化的长期过程。在“数字黄河”的理念提出之后，坚持“需求牵引，应用至上”、“急用先行，分期建设”的原则，对其建设实行“统一领导，统一规划，统一组织，统一管理”。以黄委信息化资源的现状为起点，充分吸收利用信息化及相关学科当今世界先进的技术，以满足新时期黄河治理开发与管理的工作需要为首要目标，研究确定了“数字黄河”建设的总体规划（[8]），提出了流域大规模信息化系统的三层体系框架，实施了“数字黄河”建设的一期工程，其框架和主要应用系统已建设完成。

一期工程完成建设的重点内容体现在以下几个方面：

（1）“数字黄河”工程规划与标准规范体系

坚持以治黄业务需求为指导，通过深挖自身应用需求，根植于国内外数字领域的先进理论基础，紧扣业务实际应用，完成了“数字黄河”工程规划。规划明确了“数字黄河”的总体框架以及建设的目标和任务。

根据“数字黄河”的需要，针对黄委的体制和黄河特点，在国家和水利行业标准体系的指导下，从资源整合和信息共享出发，提出并建立了黄河流域信息化标准及规范体系，确定参照引用的国家标准273项、水利部标准75项，制定并发布黄委的标准和办法56项，为实现“数字黄河”的开发建设、信息资源共享提供了保障。

（2）基础设施

实施了水文测报现代化升级，黄河测验网络体系得到极大完善。水文气象、工程数据的采集充分利用了包括RS、GPS等在内的各种先进测验技术和设备，其时效性、准确性、时空密度与广度明显增强。

组合各种通信技术，建成了黄河流域专业通信网络，实现了包括黄委系统内省市县各级单位在内的100多个局域网、5000多台终端的联网运行。在广域网范围内实现了设备的远程监控和管理，以及各类信息的网络传输。

基本建成了国家水文数据库和黄河基本河情、实时水雨情、黄河下游工情险情、黄河水土保持、水量调度、防洪工程等数据库；建成了数据中心一期工程，实现了黄河水文、实时水雨情、工情险情等数据库的协调统一管理，初步实现多源、异构海量数据的存储管理和共享服务。

建成了黄河高性能计算平台，有效地支撑了中尺度数值天气预报和二维水沙演进模型等黄河上复杂的、基于海量数据的高性能计算。

建成了黄河基础地理信息中心，完成了《黄河基础地理信息系统总体设计》，建设了多尺度、多分辨率、多种类的黄河空间数据体系，构建了统一的黄河基础地理信息服务平台。

（3）数学模型

自主研发了黄河下游二维水沙演进、洪水预报、枯水调度、水库调度等数学模型，并初步形成模型系统研发和应用的可持续发展模式。

（4）业务应用系统

建成了防汛减灾、水量调度、水资源保护、水土保持、工程建设与管理和电子政务等业务应用系统，并采用应用服务与中间件技术，实现了水文气象、洪水预报与防洪减灾调度、黄河下游二维洪水演进与三维视景等系统耦合，提升了系统的整体性能。

（5）综合集成

综合各类虚拟现实技术，实现了核心业务决策会商的可视化，同时完成了黄河下游3D可视化仿真环境建设。利用GIS技术、RS技术及三维建模技术建成了“黄河下游交互式三维视景系统”，实现了河段虚拟场景的交互式控制浏览及场景属性数据的动态查询显示，初步建立了黄河下游在计算机中的虚拟对照体，管理和表现了整个黄河下游900多公里的河道场景。

总之，“数字黄河”的建设形成了覆盖全河的信息高速公路；数据采集平稳过渡到利用遥测、遥感等各类先进的技术与设备为主要手段并以宽带网络传输为主的方式；测验站网布局与结构、黄河测验体系得到进一步调整，满足了信息采集的更高需要；实现了信息基础设施和应用系统的资源整合；通过虚拟会商环境支持下的黄河防汛指挥中心、水文预报中心和水量调度中心，运行各种水利专业模型，初步形成了一个面向具体应用的虚拟仿真系统；可以对有关水利信息进行综合处理，使各类重大治黄决策方案能够在数字集成平台和虚拟仿真环境下模拟、分析和研究，增强了决策的快速反应能力，提高了决策的科学性和准确性。

6、科技创新

“数字黄河”的提出及其一期工程建设取得的科技创新体现在以下几个方面：

（1）提出了“数字黄河”的理念及其体系构架，开创了流域水利信息化建设的新模式，并对水利信息化的行业发展起到了很大的促进作用。提出并建立了黄河流域信息化标准及规范体系，填补了“数字黄河”工程标准体系的空白。

（2）按照“数字黄河”的总体构架，实现了数据采集、传输、存储的一体化及六大应用系统的综合集成，建立了“数字黄河”统一的共享应用服务平台，提高了系统的整体技术水平。

（3）针对现有设备仪器难以适用于黄河多泥沙的自动测验并成为信息化建设的瓶颈问题，研发了具有国际先进水平的振动式测沙仪等一批适合多泥沙河流的自动化数据采集设备，填补了多泥沙河流的多项测验空白，使数据采集环节更符合信息化技术需求，提升了系统的整体先进性。

（4）结合黄河流域特色，深入机理研究，自主研发了适用于黄河的水沙联合调度、二维水沙演进、产汇流和水资源调度等一系列专业数学模型。

（5）综合各类先进的虚拟现实技术实现了决策会商的可视化。在丰富的黄河空间地理数据、经济社会数据和各类专业数据的支持下，通过采用3D、GIS及虚拟现实等技术，运行相应的数学模型，在高速宽带通信网、计算机网络构成的平台上，开发了黄河下游三维视景系统，可以模拟再现历史洪水演进和给定水文、河流边界条件模拟预测可能发生的洪水过程等。

7、应用实践及效果

“数字黄河”遵循规划确定的建设内容和建设原则，边开发、边应用、边完善，稳步快速地推进。截至目前，基本实现了信息资源的共享，大大提高了黄河防汛减灾、水量调度和水资源优化配置、水资源保护、水土保持生态环境监测、水利工程建设与管理等方面的现代化水平，提高了各类突发事件的应急处理能力，增强了决策的科学性和时效性。

（1）基本实现了信息资源共享

在黄河治理开发与管理的长期过程中，积累了丰富的基础资料和数据库，但这些宝贵的信息资源往往是分散存放于不同的部门和单位，标准不一，难以共享。通过实施“数字黄河”工程，对数据资源进行了统一规划和建设，整合了现有数据资源，完善了通信和计算机网络，实现了数据资源的共享和应用软件系统的功能复用，避免了重复开发和资源浪费。

（2）提高了各类突发事件的应急处理能力

黄河管理与决策的时效性非常强，突出表现在防汛、水污染防治和水资源调度紧急情况和突发事件的处理等方面。由于信息采集、传输和处理手段落后，耗时过多，造成预见期短，给防汛、水污染防治和水资源调度工作造成被动。如，在“数字黄河”工程之前，全流域的水情数据30分钟到报率是45%左右。通过“数字黄河”工程建设，利用遥测、遥感等高新技术改造了传统信息采集、传输手段，使30分钟到报率提高到目前的95%，为黄河防洪赢得了宝贵时间。

（3）提高了综合决策能力

在实施“数字黄河”工程之前，黄委各业务部门根据其业务需要，开发过一些软件系统，但限于计算和模型技术，针对性都比较强，难以满足综合决策需要，如防洪与排沙不能兼顾，水调与发电不能结合。通过“数字黄河”工程建设，利用现代计算机和模型技术，开发了功能强大的业务应用系统，建立了综合决策支持系统和虚拟环境，在可视化的环境下对黄河管理与决策方案进行模拟、分析和研究，增强了多目标冲突的解决能力，提高了综合决策能力。

（4）“数字防汛”已建各系统形成联动，在防洪调度和调水调沙的实践中应用成效显著

防洪预报调度与管理耦合系统缩短了制订实时洪水预报方案、防洪调度方案所需时间，提高了计算精度。耦合系统在2003年黄河防洪合成演练、防御秋汛洪水、第二次调水调沙试验以及2004年的第三次调水调沙试验中，均发挥了重要作用。在2003年合成演练中进行了模拟调度方案的计算工作，在规定时间内提供了较为合理的模拟调度方案。在2003年黄河秋汛洪水及第二次调水调沙试验，系统提供了多个实时调度方案。黄河下游工情险情会商系统大大提高了防洪抢险决策的时效性和准确性。2003年以来，利用该系统共上报了近11000次险情，其中近300次较大险情，为确保黄河防洪工程安全提供了有力支持。

（5）水量调度系统运用为合理配置水资源，保证黄河连年不断流发挥了巨大作用

黄河水量实施统一调度管理以来，实现了连续6年不断流，取得了显著的经济、社会和生态效益。这是综合利用行政、法律、科技、经济、工程等措施的结果，而其中作为科技手段的“数字水调”系统发挥了重要作用，为增强统一调度的科学性、提高调度精度和快速反应能力提供了不可替代的、强有力的支持。黄河下游枯水调度模型为优化配置水资源，实施水量精细调度提供了可靠依据，使水资源分配更趋合理，有效地节约了黄河水量，提高了黄河水量调度精度和时效性。如，在2002年冬季，采用枯水调度模型模拟优化的调度方案实施精确调度后节约了14亿立方米水量，对保障2003年旱情紧急情况下下游沿黄用水安全和确保黄河不断流起到了至关重要的作用。黄河下游引黄涵闸远程监控系统提升了黄河下游水量调度管理工作水平和工作效率。通过应用涵闸远程监控系统，总调中心可随时掌握远程涵闸运行情况，实现了随时启闭涵闸闸门功能，极大地提高了防断流与突发事件的应对能力。

（6）水资源监测与保护系统为水污染防治提供了实时可靠的水质信息

黄河水环境信息系统提高了数据采集和处理的准确性和时效性，完全改变了原来水质资料处理的落后方式，使黄河水资源保护工作在黄河水环境信息的管理方面更加规范化、现代化。干流自动水质监测系统实现了水质污染的有效监视，增强了突发性污染事件的快速反应能力，为水污染突发事件的处理提供了强有力的决策支持，在降低水污染为城市生活、工农业生产带来的损失方面发挥了作用。

（7）水土保持生态环境监测系统成为增强水土保持生态环境监测的关键手段

通过水土保持生态环境监测系统一期工程，初步建成了水土保持监控中心和监测中心站，构建了流域水土保持数据库，开发了水土保持遥感调查、淤地坝设计和多沙粗沙区管理等相关应用系统。通过综合应用遥感、地理信息系统和全球定位系统等技术，对全流域，特别是黄河中游多沙粗沙区有关水土流失和水土保持开展了快速调查和动态监测，使得监测手段和监测成果精度比传统方法有了大幅度提高，为水土保持规划、设计、监督和管理等业务提供了有力支撑。

（8）工程建设和管理系统提高了管理工作效率

工程建设和管理系统已建设了工程安全监测、在建工程管理及在线服务等系统。其中，工程安全监测对及时了解跟踪水利工程的安全状态、发现工程存在的各种隐患，为除险加固和防汛抢险提供了重要的决策依据。

8、结论与展望

“数字黄河”高度刻画了以综合集成的方式利用信息、水文、地理以及环境等多学科的理论与技术对黄河进行三维虚拟表达的原理、途径和场景，从空间地理的视角奠定了黄河流域数字化的方向和目标，是我们科学地认识、研究、开发、保护及治理黄河不可或缺的有效平台。其总体框架涵盖了黄河治理开发与管理的主要业务领域和数字流域的主要方面，科学定义了各自的功能和相互关系；所确定的标准化体系，不仅为“数字黄河”的数据采集和服务统一了标准，也丰富了水利行业数据的内涵；建立的数据存储体系，科学配置了数据资源，实现了数据资源的有效存储和开放共享；在服务平台的支持下，实现了应用软件的共享、复用及集成；所建立的三维视景系统把黄河下游的地理信息和工程建设有机的组合，装入到计算机中，并实现了洪水模型的可视化表现，初步提供了虚拟仿真和虚拟实现的环境。

在一期工程的建设中，遵循“需求牵引，应用至上”的原则，成功搭建了“数字黄河”的框架，优先开发了主要业务应用系统。“数字黄河”在黄河治理开发与管理的创新实践中发挥了重要作用，其建设成就与产生的广泛影响是令人瞩目的。

但是，“数字黄河”的现状与其描绘的科学蓝图还有很大距离。在今后5~10年，“数字黄河”建设核心是数学模拟系统，重点将集中在四个方面：一是强化多分辨率下空间地理及生态环境信息数据的系统化采集，以及以地理的视角在GIS环境下以空间对象的方式高效存储组织数据；二是加大与黄河演变、治理开发与管理密切相关的数学模拟系统的开发，特别是黄土高原土壤侵蚀模型、水库调度模型、黄河下游河道水沙演进模型、河口模型、水质预警预报模型、宁蒙河段冰凌预报模型的建设；三是推进虚拟现实技术的应用研究，逐步实现黄河的三维表达；四是进一步开展基础设施、应用服务平台、业务应用系统和综合决策会商平台建设。

不久的将来，“数字黄河”将成为公众认识、理解黄河的平台，成为公众参与塑造黄河流域人水和谐关系的平台，成为开发利用与管理保护黄河的科技支撑平台。

来源：中国水利网站 2007年10月30日