陕西省关中平原中部的泾惠渠灌区是由秦朝的郑国渠灌区发展变化而来,长期受气候变化和人类活动影响,水生态环境发生了不少变化,暴露了不少水生态环境问题。本文围绕灌区发展,剖析问题,采用多学科交叉的理论和方法,水生态环境演变过程到健康评价,在数值分析、可视化仿真、动态模拟和主题化评价等方面的主要工作如下:(1)分析了泾惠渠灌区水生态环境问题及其特征。从社会发展角度,介绍了泾惠渠地理位置、水文气象、水文地质和社会经济等,剖析了泾惠渠灌区水生态环境问题,并对其进行归因。重点从降水、径流、水质要素等多个方面分析了泾惠渠灌区水生态环境影响要素的变化特征。问题主要体现在水资源短缺、污染严重、地下水超采、土壤盐碱化和生物多样性破坏等,造成上述问题的影响要素主要包括自然灾害、人类活动加剧以及历史和政治等因素。特征分析结果显示:气温呈增加趋势、降水和径流呈现减少趋势、水污染较严重、地表水水质近年来有改善、土壤质量和作物种植结构变化较大。(2)构建了泾惠渠灌区水生态环境的三维可视化平台,对灌区水生态环境要素开展了可视化模拟。调查收集灌区历史资料、遥感等空间数据、动态监测数据等,对多源数据集成和信息融合,开发了基于数字地球的三维可视化平台,提出了灌区水生态环境数据在数字地球上的集成化服务,实现了灌区水生态环境基础信息和实时数据查询、要素的演变分析和渠道水质运移模拟等。(3)围绕灌区地下水、水质、土壤质量,开展了数值模拟及动态可视化。采用GMS软件工具,针对灌区地下水、水质及土壤质量进行数值建模,建立了地下水分析数值方程、基于Agent的水质模拟方程和水盐运移数学模型,在可视化环境中模拟了要素的动态变化过程。采用GMS建模工具将水文地质单元模拟区域进行网格剖分,为地下水的数值分析和模拟打好基础,并集成于三维可视化环境下之中,按不同的时间和空间步长对地下水和土壤中水盐运移等进行了统计分析、动态模拟与可视化呈现,可以为灌区水生态环境良性化演变提供服务手段。(4)提出了灌区水生态环境演变主题化健康评价模式。为支撑主题评价模式,基于综合集成平台构建了灌区水生态环境主题化健康评价服务平台。延续传统评价模式,先建立了评价指标体系和评价模型方法,采用多源信息融合技术筛选了水生态环境问题健康因子,对评价主题、指标计算、评价模型和方法等开发了相关组件,在评价服务平台上,实现了动态化主题服务及要素演变评价。按主题服务方式的动态评价,在剖析灌区水生态环境问题的同时,引导决策方向,提供水生态环境治理和改善的重要因素,快速掌握环境演化及变化效果,促进灌区可持续发展。