随着社会经济的飞速发展以及人类活动的影响,当前我国面临着水多、水少、水浑、水脏的四大水环境问题。尤其是水环境污染问题日益严峻,一旦发生水污染事件,将会对社会的稳定和经济的发展带来极大的损害。水质仿真模拟预测是对水环境污染事故预防和应急处理的关键,目前的水环境污染事故应急系统主要是以一维和二维水质模型分析污染事故,通过二维可视化表达污染影响结果,随着对三维水质模型研究越来越深入以及三维GIS技术的发展,有必要研究三维水质模型与三维GIS的集成方法,开发出基于三维水质模型的水质三维仿真系统。因此,本文以清潩河北环大桥南至京港澳高速段为例,设计和开发清潩河水质三维仿真系统,对清潩河研究区三维水质模型构建、清潩河研究区三维场景构建、清潩河研究区水污染事故模拟预测实现以及水质模拟动态三维可视化进行了研究。本文主要工作内容为以下几个方面:本文在大量文献研究分析的基础上,对水体中的污染物基本运动形式、三维水质模型公式推导以及清潩河研究区三维水质模型构建等相关理论知识进行了研究,同时也对三维GIS的理论、三维GIS开发平台以及三维GIS开发方式等方面进行了研究,探索了三维水质模型与三维GIS集成开发的方案。对三维场景的构建的方法进行了分析研究,分别从地形、地物两个部分构建研究区三维场景。根据地形数据和地物数据的特征,分别利用SketchUp和3Dmax三维建模软件构建研究区三维地形和地物模型,然后实现与ArcGIS之间的数据流动,最终实现清潩河研究区三维场景在ArcScene中的可视化显示。对河流三维可视化的实现进行了分析研究,提出了基于中心线垂线的方法,实现对河面数据的网格化划分,然后通过反距离加权插值算法实现对河面网格高程插值,最终实现河面三维可视化;根据实测河流剖面数据以及河床数据,利用GDI绘制出河流剖面并进行网格化划分,最后与地形、地物模型组合一起实现河流剖面的三维可视化。对河流网格坐标系统的转换进行了研究,通过构建河流坐标系统,完成河流网格由地理坐标向河流坐标系统的转换,根据河流网格在河流坐标系统下的坐标通过三维水质模型计算出该网格的污染物浓度值,然后根据水质标准对河流网格进行渲染,实现清潩河研究区水质模拟的三维可视化。通过设置观察时间以及时间间隔,利用序列快照播放法实现清潩河研究区水质动态模拟三维可视化。最后,本文以Visual Studio 2012为开发平台,C#为开发语言,以SQL Server2008为数据库,ArcSDE为空间数据库引擎,结合ArcGIS Engine10.0进行二次开发,最终开发出清潩河水质三维仿真系统,并以清潩河研究区实际数据为例,实现研究区水质仿真三维可视化。经试运行,该系统有良好的三维可视化表达能力以及分析能力。