湘江作为湖南省境内最大的河流,既是流域主要饮用水源地,又是湖南经济社会发展的重要命脉。近年来,由于大量工业污水和生活垃圾排放,湘江水质越来越差,湘江污染物动态运移三维可视化及空间分析需求日益迫切。然而,目前对污染物动态运移的模拟还集中在一维、二维情形,三维模拟虽说存在理论模型,但求解复杂、困难并且可视化程度不高。以往的系统主要以二维河面为对象完成污染物的扩散模拟,通过DEM数据来完成二维河面高程赋值,实现二维河面在三维场景的扩散模拟,无法深入了解河流内部的污染物扩散情况。因此,本文以湘江污染物为研究对象,通过对污染物在水体中运动形式等理论分析及湘江区域实际状况的了解与研究,简化污染物扩散基本模型,推导出适用于湘江污染物扩散的三维水质模型及其解析解。在三维可视化表达方面,考虑到地理信息系统(GIS)在动态空间关系表达、空间相关分析功能、海量数据处理及三维展示和动态模拟上的优势,本文结合GIS技术,从河面三维可视化、河床三维可视化和剖面成图三方面探讨污染物动态运移三维可视化的解决方案。针对河面三维可视化,本文以反映河道实际情况,方便计算机自动处理为主要目标,提出了一种新的提取河面网格方法,完成了河面网格的提取,并通过反距离权重插值完成网格高程赋值。而河床三维可视化方面,为了建立更为真实的河床三维模型,本文提出了沿中心线提取河床离散点方法,其实现思路与河面网格化方法基本一致,并通过拉格朗日插值完成离散点的高程赋值,利用克里金插值完成DEM规则格网点的高程内插,最终建立河床DEM。同时,为了展示河流内部的污染物扩散情况,本文实现了一种河流剖面生成方法完成了剖面的自动成图,从而真正实现污染物动态运移三维可视化。另外,在污染物扩散模型与GIS集成方式方法探讨的基础上,本文实现了一种基于编码方式的参考坐标计算方法。与传统的坐标旋转方式相比,基于编码方式的参考坐标计算方法实现思路简单,并通过在岛屿处建立了多个参考坐标系,将不同参考坐标系的污染物扩散模拟进行叠加运算,解决了岛屿处参考坐标系的不确定性问题,并使得模拟效果更为准确、合理。最后,本文以GIS技术、计算机技术和数据库技术为手段,以ArcSDE为空间数据库引擎,以Oracle为后台数据库,以VS2008为开发环境,C#为开发语言,利用ArcGIS Engine9.3进行组件式二次开发,最终开发完成了C/S模式下的湘江污染物动态运移三维可视化及空间分析系统,并以湘江实际数据为例模拟了污染物动态运移效果,实现了污染物扩散模型与三维场景的集成研究。结果表明,该系统切实可行,为提供了新的思路及可靠的技术支持。