分布式水文仿真系统DHSVM的Java实现

【摘要】： 随着水文学、计算机科学和地理信息系统的发展,水文研究进入了一个全新的时代。分布式的水文模型由于其物理意义明确,正在逐步取代集总式模型。分布式水文模型在研究人类活动和自然环境变化对流域水文循环过程的影响,区域水资源生成与演变规律方面,具有独特的优势。随着水文与相关学科研究的深入,分布式水文模型所揭示的水文物理过程越来越接近客观世界。而地理信息系统(Geo-Information System, GIS)技术的充分发展,为人们方便地获取不同时空条件下的空间数据,并进行分析处理提供了技术支持。数字高程模型(Digital Elevation Model, DEM)是构成GIS的基础数据,它可以提取流域许多重要的水文特征参数。因此,基于DEM的分布式水文模型是现代水文模拟技术发展的必然趋势。 分布式水文土壤植被模型(Distributed Hydrology-Soil-Vegetation Model, DHSVM)在DEM尺度上模拟了陆面水量与能量平衡。该模型由华盛顿大学于1994年开发,并在全球范围内许多的科研院所得到了使用。研究人员还根据自己的需要进行了模型的改造。但2003年发布的最新版本(3.0版)仍使用C语言编写,且没有图形用户界面,不易于与其它系统进行融合。 本文描述DHSVM的Java实现。论文描述了系统涉及的主要物理机制、系统总体结构、各部分功能及一些细节特性。对实现过程中遇到的结构调整、参数调整、同一模块不同实现方式等问题进行了详细描述。 论文工作并非一个将C版本直接翻译为Java版的过程。新版本具有如下特点:(1)面向对象。植被、土壤等相关的物理过程使用面向对象的方式更能清晰地描述。不同模块使用包、类等进行细分更加合理;(2)提供图形用户界面。增加了用户进行配置的界面,且包含联机帮助,方便用户获得参数意义、用途等信息;(3)易于与其它系统如数据挖掘工具Weka的融合;(4)支持多线程,并易于并行计算的扩充。论文工作为项目组进一步的水文研究,包括可视化等奠定了坚实的基础。