该课题选自国家重点基础研究发展计划项目(973)“长江流域水沙产输及其与环境变化耦合机理研究”(2003CB415200)的子课题——“长江水文泥沙监测分析信息系统”，由长江水利委员会水文局和中国地质大学(武汉)国土资源信息工程系统研究所联合研究和开发。 该课题以“点源信息系统”理论和方法论为指导，应用数据库技术、GIS技术、遥感技术、网络技术等现代信息技术研究水文泥沙点源信息系统关键技术及解决方案，实现在一个分布式的网络计算环境中完成大量水文泥沙相关的专业计算与数据处理，推动长江流域的信息化，解决目前水文信息的处理技术和手段与现代信息技术的发展不相适应的问题。 “数字长江”，就是借助全数字摄影测量、遥测、遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)等现代化手段及传统手段采集基础数据，通过微波、超短波、光缆、卫星等快捷传输方式，对长江流域及其相关地区的自然、经济、社会等要素构建一体化的数字集成平台和虚拟环境。在这一平台和环境中，以功能强大的系统软件与数学模型对长江治理开发和管理的各种方案进行模拟、分析和研究，并在可视化的条件下提供决策支持，增强决策的科学性和预见性。简单地说，“数字长江”就是物理长江的虚拟对照体，即通过全数字化数据库平台的构建，建立长江流域及其相关地区的数字化(虚拟)研究环境，采用数学模型对长江治理开发和管理的各种方案进行模拟、分析和研究。通俗地讲，“数字长江”就是把长江装进我们的计算机，从而可方便地模拟、分析、研究长江的自然现象，探索其内在规律，为长江治理、开发和管理的各种方案决策提供科学技术支持。 根据地矿点源信息系统的思想，长江水文泥沙监测信息化的重点是建立基于基层单位的单主题数据库，数据资料是整个系统的核心；使长江流域上的基层单位如上游局、长江局等二级水文局成为水文局数据采集点上功能强大的工作站和水文泥沙分析信息系统中功能齐备的信息网络结点，从而充分发挥水文泥沙信息资源的作用。运用“地学点源信息系统”的设计思想，采用多“S”集合与集成技术，建立了以主题式对象－关系数据库为核心、技术方法与应用软件层叠式复合的长江水文泥沙信息系统，实现了长江水文泥沙信息的动态综合管理，以及水文泥沙分析、河道演变分析的信息化。这在世界级特大型河流中尚属首次。 把单主题数据库通过计算机网络联系起来，并在长江水利委员会水文局形成一个网络中心，使整个系统有机地集成在一起，成为一个完整的功能强大的长江水文泥沙监测信息系统。“地矿点源信息系统”理论的层叠式结构体系被引入“数字长江”后，其中的技术方法层和数据管理层同样适用，但由于地矿信息系统和水文泥沙分析信息系统的信息和专业用不同，其功能应用层的内容应该调整为专业计算子系统、信息分析子系统、决策支持子系统。专业计算子系统、信息分析子系统本文的研究重点。 水文泥沙专题计算子系统提供各种与水文泥沙相关的计算功能，实现水沙信息和河道形态以及各种计算结果的图形可视化。主要计算水文泥沙各项特征值及河道的槽蓄量，冲淤量，冲淤厚度等，还计算和显示长江河道的泥沙淤积和平面分布情况，可供分析河道内的水沙运功情况及其对泥沙冲淤演变的影响。该子系统是长江泥沙可视化分析的基础模块。系统分为两种实现方式：一种是以基础函数库的方式提供给其他模块调用，完成水沙专业计算功能；另一种是针对一定分析目的，提供用户直接的计算界面，由用户交互定制计算参数，运行并显示计算结果。实现的功能有两个方面：数据专业计算功能，结果分析及图形可视化等。具体的计算功能包括：进行各种水文泥沙因子计算，包括断面水位、水深、流量、断面流速分布、含沙量、推移质输沙率、悬沙级配、推移质级配、河床组成特征等测试数据的计算；并提供各种实时计算成果，包括断面面积、水面线、冲淤量、冲淤厚度等等。本子系统的分析计算功能，可以基本满足长江水文泥沙计算、分析、信息查询及成果整编等工作的需要。 长江水文泥沙信息可视化分析子系统提供各种水文泥沙数据、断面数据、河段地形数据以及各种计算结果的图形可视化功能。该子系统中的功能可以为水文专业研究人员作研究工作时提供强大直观的可视化分析工具，把复杂的水文数据用图形、表格的方式表达出来，揭示蕴藏在复杂数据下面的规律。分析结果不仅可以作为专业问题研究的成果表达方式，而且可以作为领导决策的依据，部分结果还可以发布到Internet网络上为公众提供直观的水文信息服务。本子系统实现如下几类数据的可视化分析功能：水文泥沙过程线数据，水文泥沙沿程变化数据，水文泥沙年内年际变化关系数据，水文泥沙综合关系数据等。各类图件编绘功能中都包含有各种可能条件的组合套绘功能。这些数据都是从原始的水文泥沙数据中提取和筛选数据，经过专业的计算后编绘成专业的水文图件。提供的水沙可视化分析功能，包括实时编绘水文泥沙过程线图；水文泥沙沿程变化图；水文泥沙年内年际变化关系图，水文泥沙综合关系图等图，以满足水文泥沙分析、信息查询及成果整编等工作的需要。 河道演变是水沙运动和相互作用的必然结果。研究河流泥沙运动规律的目是为了河床整治，而天然河流的河床形态、演变规律及整治手段往往是不同的，特别是在长江上修建三峡大坝后，河床演变将更为复杂。长江河道演变分析子系统提供长江河道演变参数计算、河道演变分析功能及其结果可视化的功能，为领导和专业研究人员提供分析决策的强有力工具。长江河道演变分析子系统提供各种水文、泥沙、河道信息计算、分析和可视化功能，具体包括：槽蓄量和库容计算及显示，河道冲淤计算及显示，河演专题图编绘等功能模块。数字高程模型法计算槽蓄量是本课题提出的一种计算机方法，具体做法是通过DEM网格间距信息的设置和年份的选择，在实际的底图上进行范围的选择。选定范围所使用的边界即为计算的边界，把该范围内含高程信息的河道数据(即实测点、首曲线和计曲线)提取出来，用于生成DEM模型，作为计算的底面，然后将各分级高程对应的高程联成一个曲面作为顶面，两个曲面和边界所围限的空间就是该高程下河段的槽蓄量。 本课题研发了一个基于空间信息可视化的水文泥沙分析子系统，其中包括多种水文泥沙科学计算和水文泥沙专业分析功能模块，提供了相应的可视化成果，具有实时计算、实时绘图、专业分析以及多条件、多组合功能，且能保证数据的独立性和计算结果的实时性。提出了多元槽蓄量计算法，可基于数字高程模型(DEM)和其它多来源、多类型、多时态数据并考虑比降因素的河道槽蓄量计算，实现了精确泥沙冲淤厚度分布计算及其结果的可视化；首次实现了基于图切剖面技术的河道任意断面生成功能，并研发出河演过程可视化模拟模块，为河道演变分析河成果表达提供了强大的技术支持。