1、基于 NetCDF 格式的河网水流二维呈现技术研究 钱真 上海碧波水务设计研发中心 上海市水务规划设计研究院 摘 要： 为在在线预报预警系统上展示模拟的河网水流运动情况, 根据 Net CDF 格式标准和一、二维流速关系, 采用 C#语言编程开发, 提出并研究了实现一维河网水流运动的二维呈现技术, 并在.net 平台上设计编写了相应的转化模块。此项技术已成功应用于黄浦江上游水源地突发污染预警系统平台中。关键词： 污染预警; 污染预报; 数值模拟; 作者简介：钱真, 男, 上海碧波水务设计研发中心, 工程师.收稿日期：2017-08-10基金：国家重点研发计划“长江水源地供水保证率提升对策与措施
2、”资助项目 (2017YFC0405406) Received： 2017-08-10平原感潮河网水流数值模型是研究平原感潮地区水流运动规律、编制防洪除涝和河网水环境整理规划的重要工具1-2。数字河网水量水质模型系统 (Digital River Network Water Quantitync File 为生成 Net CDF文件的地址。图 2 WRWMS2Net CDF 模块架构 下载原图3.2 河网数据集类 (WC_Data) WC_Data 是从文件中读取 WRWMS 河网数据后在内存中生成河网数据对象, 读取WRWMS 河网数据是该对象的方法, WC_Data 定义的是一个动态类,
3、读取一次河网数据随即生成一个河网数据集对象。该类中另外引用 2 个类:Point 和 Section, 以简化断面数据的读取。(1) Point:封装控制点的坐标信息, 初始化函数:public Point (double x Value, double y Value) 。(2) Section:封装断面所属河段号 (strRiver) 、断面编码 (str Sec) 、断面控制点集 (sec Points) 、断面法向 (Alpha) 以及断面时序变量值 (Data) 。WC_Data 以河网为描述对象, 通过方法 ReadSection Position (string file Nam
4、e) 、Read Lon Lat (string file Name) 、Read His Binary (string file Name) 等获取断面对象的空间信息和时序数据后, 进行变量数据的处理 (如, 计算断面平均流速的 u, v 分量) , 并将变量从断面对象解析出来, 这些变量如表 1 所示。表 1 WC_Data 属性 下载原表 3.3 Net CDF 数据类 (Net CDF) Net CDF 通过引用 Interop Services, 以 Dll Import 方式, 调用非托管的netcdf.dll (C 版本) , 其中对 netcdf.dll 的函数和控制参数进行重
5、定义 (见图 3) 。图 3 C#中 netcdf.dll 的部分函数重定义 下载原图3.4 Net CDF 数据写入类 (Net Cdf Writer) Net Cdf Writer 中 Write (string path, WC_Datawc) 的主要功能是根据WC_Data 对象生成.nc 文件, 主要流程:(1) 创建.nc 文件;(2) 创建维度, 并定义最大范围;(3) 创建所有变量;(4) 写入属性;(5) 写入所有变量值, 先写低维度变量, 后写高维度变量;(6) 关闭.nc 文件。4 应用实例在 DRWMS 上建立了上海全市及黄浦江沿太浦河上游 (面积约 8 613.5 k
6、m) 范围内的河网水量水质模型 (见图 4) , 其中, 降雨网格 (3 km3 km) 655 个, 河段 1 633 个, 断面 821 个, 泵闸 139 座。以 2014 年 3 月 1220 日和 2014 年 7月 1026 日期间实测的降雨、水文及工情对该模型率定验证, 使其精度满足预报预警业务需求。在实际应用中, DRWMS 根据实时的降雨、水文及工情条件进行水流计算, 通过 WRWMS2Net CDF 模块自动将结果转换 Net CDF 格式, 供黄浦江上游水源地突发污染预警系统 (见图 5) 实时调用, 结合 Oil Map 和 Chem Map 可对突发水污染事件进行预报
7、。图 4 研究区域河网水系示意 下载原图图 5 预警系统中局部流场示意 下载原图5 结语本文研究了基于 Net CDF 格式的一维河网二维呈现原理和技术, 在.net 平台上, 设计和编写了 WRWMS2Net CDF 模块 (申请并获得软件著作权) , 并成功应用于黄浦江上游水源地突发污染预警系统平台中。本文的研究成果可以为类似的实时预报预警系统平台建设提供技术参考。参考文献1李光炽, 钱真.感潮河道区间入流反分析J.水科学进展, 2013, 24 (2) :266-271. 2钱真, 贾卫红.基于 GIS 的感潮地区城市区域除涝能力评估J.水电能源科学, 2014, 32 (3) :85-
8、87. 3钱真, 谭琼, 贾卫红.基于城市雨洪综合模拟的区域除涝分析J.水利水电科技进展, 2015, 35 (6) :57-61. 4谭琼, 时珍宝, 张建频, 等.排水实时模型在上海防汛中的应用示范J.中国给水排水, 2012, 28 (15) :49-52. 5李保刚, 周克梅, 林涛, 等.水源地保护及突发性水污染事件预警应急的研究与实施进展J.水资源保护, 2008, 24 (1) :87-91. 6陈荣昌, 陈俊峰.Chem Map 在长江危险化学品泄漏风险及对策研究中的应用J.港航节能, 2011 (1) :2-5. 7陈荣昌, 赵前, 邓健, 等.Delft3D 和 Oil Map 在内河溢油模拟中的联合应用研究J.中国水运, 2011, 11 (4) :65-67. 8曹柱, 苏天赟, 王国宇.大规模海洋水文环境多维可视化技术研究J.中国海洋大学学报 (自然科学版) , 2017, 47 (4) :132-138.
