吴尧慧

（中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院，北京100083）

国家级新区雄安新区地处白洋淀流域下游，历史洪涝灾害频发，未来灾害风险仍不可忽视。雄安新区地处华北地区最大的淡水湖泊——白洋淀，水面面积约366 平方公里，占全区约1/5[1]。白洋淀承接上游潴龙河、孝义河、唐河、府河、漕河、南北瀑河及白沟引河等九条支流的汇水，流域降雨集中在7-8 月份，约占年降雨总量的60%，是洪涝灾害发生的主要时段[2]。白洋淀上游支流的山区洪水和中游平原区的集中降雨易引发洪涝灾害，据史料过去700 年雄安三县之一的雄县每12 年发生1 次特大洪灾[2]。1963 年白洋淀所处海河流域发生特大洪水,灾害波及409.7 万hm2土地，经济损失约60 亿元，给流域社会经济发展带来严重的灾难[3]。构建一个高精度、实时动态与智能化水文信息管理平台，强化水文信息的精细化管理，成为洪涝灾害应急管理亟待解决的重要问题。本文基于WebGIS 相关的B/S 架构技术[4，5]、空间信息可视化技术[6，7]，设计开发出包括水文信息查询、水文信息统计和洪水模拟信息可视化等功能的水文数据共享平台，精细化智能化管理雄安新区水文信息。

1 基于WebGIS 的雄安水文信息可视化平台设计

1.1 系统体系结构设计

平台采用浏览器/服务器（Browser/Server,B/S）结构（图1），其中数据预处理负责统一数据格式和坐标系，同时为上层数据存储提供一致的数据，数据存储采用支持PostGIS 拓展的PostgreSQL 数据库管理系统，实现对属性数据和空间数据高效存取和统一管理。地理信息服务连接后台数据库与前端应用，提供数据库接入服务、地理信息服务、查询统计服务响应前端用户的各种请求。应用层负责具体的应用操作，采用CesiumJS调用地图服务（Web Map Service）和要素服务（Web Feature Service）,实现图层的显示、放大、缩小、漫游等基本地图功能以及查询、统计分析等各项应用，满足用户数据管理中的实际应用需求。

1.2 系统数据库设计

图1 系统架构

图2 洪水情景及交互式拾取水深

白洋淀流域的水文资料为纸质资料，既有历史数据也有实时数据，因此在设计水文信息数据库时，数据库具备灵活性、可拓展性以满足大规模数据存储，同时保证数据的完整性和有效性，为上层应用提供多种接口，为数据显示、查询、分析提供保障。水文信息数据库在设计上分为水文要素值数据库、基础地理空间数据库以及后台管理数据库三大类库。其中，水文要素值数据库用于存储水文站点的基本信息数据以及网络上实时获取的降雨数据与按不同粒度统计的水文数据，基础地理信息数据库存储行政区划数据、河流数据、水文雨量站点数据、土地利用数据等空间基础地理数据；后台管理数据库用于存储登录用户信息。

2 系统功能的详细设计与实现

2.1 洪水动态可视化及交互式查询

基于《河北雄安新区建设纲要》中防洪标准要求，系统设置了雄安新区10 年、50 年、100 年与超100 年的洪水情景模拟接口。为增强洪水演进过程动态模拟的交互性，添加了实时拾取特定空间位置水深的功能（图2）。该功能实现的关键在于坐标转换[8]和洪水水深插值。在浏览器端拾取屏幕坐标，将屏幕坐标转换为模型坐标，根据模型坐标进行水深插值，即可获得该点位水深。

2.2 基础地理信息及降雨径流数据可视化

2.2.1 基础地理信息可视化。基于基础地理信息数据库中存储数据，采用平台完成了基础地理数据的可视化。主要包括地形、河流、水文站点、雨量站点、水库与土地利用等信息融合和可视化，这些信息的可视化是构建流域水文环境的基础，有助于全面、清晰地了解流域的水文概况。

2.2.2 水文信息可视化及查询。平台融合了白洋淀流域降雨流量历史数据及从网络上获取的雄安三县实时气象服务，从历史和现状两个维度分析雄安地区的降雨及径流情况。系统采用Echart 统计图展示技术，从逐日、逐月、逐年不同时间维度，采用柱状图、饼状图、折线图等不同表现形式分析历史和现状的降雨径流信息。同时系统实时获取雄安地区气象部门的降雨信息服务，并运用WebGL 的粒子效果对雨情实时信息进行可视化展示。雄安三县的实时降雨信息来源于网络实时气象服务（http://wthrcdn.etouch.cn/weather_mini?city= 安 新 县；http://wthrcdn.etouch.cn/weather_mini?city= 容 城 县 ；http://wthrcdn.etouch.cn/weather_mini?city=雄县），采用WebGL 的粒子系统，根据降雨的强度，调整粒子的密度和速度，达到降雨情景实时仿真模拟。

3 结论

利用WebGIS 相关的空间数据存储技术、地理信息服务发布技术、空间信息可视化技术设计雄安水文信息管理平台，对白洋淀流域历史和实时的水文信息进行统一管理和可视化，实现水文信息管理的可视化、动态化、实时化，为雄安各级水利部门提供水文信息共享平台。系统在数据管理的同时，还提供方便快捷的查询、统计、输出等功能，有效辅助于各项水利业务的实施，为推动雄安水利信息化建设起到了重大作用。