1.1目的和意义

随着我国现代化的加快，城市不断地扩张，对水资源的需求也随之提高。然而现代化和城市化进程带来的产业发展、人口增加使得污染也在增多。其中，对江河、湖泊、水库等水体的污染就显得更加关乎民生，尤其是对污染河流下游人口的饮用水安全的影响。因此如何认识和预测河流污染的影响，以便提前采取措施保障受影响区域正常的生产生活就显得尤为重要。实际情况中，污染物在进入河流后，其浓度的变化和分布规律不仅与物质的迁移方式（扩散、输移等）相关，还和污染物、受影响流域本身的性质相关。而此次设计的目的在于根据现有的河流污染扩散模型，在ArcGIS平台上制作一个能够根据输入参数和河流、污染源数据进行自动河流污染扩散模拟的工具。

虽然自上个世纪初水质模型被提出并用来进行河流污染扩散研究后，诞生了不少新的针对河流污染扩散的模型和基于原有模型的改进模型。但是想要实际使用这些模型对现实案例进行河流污染扩散的模拟却并不简单。而ArcGIS和ModelBuilder的诞生使得基于某个河流污染扩散模型，利用可视化编程语言（流程图）来构建地理处理工作流，制作河流污染扩散模拟工具，进而根据输入河流、污染源数据自动完成河流污染扩散模拟，并将结果进行可视化输出。从科学研究意义上来说，这探索了将ArcGIS ModelBuilder与河流污染扩散模型结合的可行性。而从实际应用的角度，这将使得河流污染扩散模型能更方便地投入使用，不再局限于用图表和文字来进行河流污染扩散模拟。且河流污染扩散模型的工具化如果能够投入到实际使用中，将使得相关水质监测部门能够更快速的对污染事故进行反应，减少事故带来的损失与影响。

1.2国内外研究现状

目前国内对河流污染扩散模型的研究主要集中在针对某一河流的河流属性、污染源是否恒定，使用哪种河流污染扩散模型来进行模拟，并以图表的形式展现模拟结果。关注点在于针对某一河流的污染扩散模拟模型的精度评价。也有研究将河流污染扩散模型与地理信息系统的相互结合，如庄巍、逢勇等2007年基于MO进行GIS系统的组件式开发，实现了GIS平台下河道二维正交网格的自动生成。并在此基础上将三种类型的二维水质模型集成到了GIS平台上。汪金城、华小军等2014年则根据上面的研究进一步实现了水质模拟和三维GIS系统的结合。

上述研究在河流污染扩散模拟可视化和河流污染扩散模拟与地理信息系统相结合上都相当深入。但实际上要利用上面提到的河流二维污染扩散模拟系统和河流三维污染扩散模拟可视化技术，前提是要有大量的相关河流的断面数据支持，才能完成基础的河流模型来进行河流污染扩散模拟可视化。这对于一些流域较广的大江大河来说是可行的。毕竟其污染的影响范围较大且后果较严重，二维、三维河流污染扩散模型的结果的确更精准、更有价值，因而制作其相应河流模型虽然复杂但价值也相当高。但对于中小河流来说，二维、三维河流污染扩散模型并不太适用，也没必要花费太多资源去制作其河流模型。

对ArcGIS ModelBuilder技术应用的研究主要关注如何利用ArcGIS ModelBuilder完成步骤繁多、重复操作多、人工易出错的工作。如贺秋华、余德清等2015年基于ArcGIS ModelBuilder对洞庭湖区钉螺孳生的环境圈定。也有利用ArcGIS ModelBuilder进行地质体建模的的研究，如宋仁波、江南等2017年基于ArcGIS ModelBuilder 的复杂地质体自动建模方法。虽然目前并没有将ArcGISModelBuilder与河流污染扩散模拟进行结合的研究，但上述研究为此次选题提供了思路，尤其是上文提到的复杂地质体自动建模方法，虽然其针对的是ArcScene中的三维模型可视化，并非此次选题所针对的ArcMap。