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三峡工程正常调度蓄水后，库区流域生态环境受到重大影响，库区流域水体的自净能力降低，库区回水区富营养化加剧，“水华”频发。如何有效的控制水体污染事件的影响，减少污染带来的损失，已经成为环保管理人员的重要课题。本文针对三峡库区流域的地理特点，将三维地形可视化和水体分析模型相结合开展数字流域三维可视化仿真系统研究，从三维可视化、数值模拟仿真、数据信息获取等多个方面提高流域污染防治的管理水平，为流域环境管理的科学决策提供依据。三峡库区水污染扩散三维仿真关键技术研究内容分为两部分，首先是在效率与模拟效果兼顾的基础上建立了水体和点源水污染扩散的模型，然后探讨了将三维水质模型与SWAT非点源扩散模型集成于三维可视化系统之中的技术方法。论文主要从水体模拟、点源污染扩散仿真和非点源污染可视化三个方面展开研究。
1.阐述了在兼顾真实感和效率的前提下，采用中心差分方法建立了理想水体的运动方程，该方法首先将水体网格化，使用分形布朗运动的形态构建整个水面。接着利用简化的流体力学方程作为水体运动的驱动因子控制各个网格处的水体高度，再通过中心差分法平滑水柱之间的高度差，从而得到连续波动的水波模型。最后，从纹理映射与LOD层次模型的建立两个方面讨论了大规模运动水面的仿真方法。
2.分别研究了二维和三维点源水污染扩散模拟的方法。二维点源水污染扩散模拟研究部分提出了一种适应水流运动的点源水污染扩散元胞自动机模型，该模型将扩散过程看成由两部分组成，一是无水流运动状态下的点源污染扩散，主要内容是将紊流扩散系数引入常规元胞扩散算法之中，建立了符合微观扩散机理的元胞扩散模型;二是提出一种流场驱动的“粒子追踪法”来求得各个元胞的污染物浓度值在流场中随时间的变化，由此将流场和元胞方法耦合起来。在三维点源水污染扩散模拟研究部分介绍了基于OpenGL图形库的三维水质模型的可视化模拟，在优化数据插值算法的基础上将大规模节点数据进行组织和展示。
3.详细描述了SWAT模型的文件结构，阐述了其文件组成和意义，旨在有序地集成于大规模三维可视化系统中。同时讨论了如何高效地存储与处理SWAT模型的大规模输出数据，即利用内存映射技术实时地将SWAT模型计算结果快速可视化。
最后采用VC++语言，OSG图形库和Oracle数据库平台，实现了三峡库区水污染扩散仿真可视化系统，将研究成果集成到该系统之中，介绍了系统设计的总体方案及主要功能。