基于GIS的洪水淹没范围模拟_孙阿丽
基于ArcGIS的平原河网地区洪水淹没r范围快速模拟
基于ArcGIS的平原河网地区洪水淹没r范围快速模拟王越;刘曙光【摘要】平原河网地区水系复杂,河湖众多且暴雨内涝灾害频发,圩区从而成为了这部分地区抵御洪水灾害的典型代表.本文以杭嘉湖区(苏)防洪保护区为例,根据区域内圩区众多的特点,分别考虑了暴雨形成的内涝以及外来洪水造成溃口的情形.针对这两类情况,本文分别采用ArcGIS的库容计算模块以及种子蔓延算法,模拟不同降雨条件下各区域的淹没情况并得到溃口发生时圩区的淹没情形.最后,借助ArcGIS技术快速展示各区域的淹没范围.【期刊名称】《科技视界》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】3页(P16-18)【关键词】ArcGIS;洪水淹没范围;库容计算模块;种子蔓延算法;快速模拟【作者】王越;刘曙光【作者单位】同济大学土木工程学院水利工程系,中国上海200092;同济大学土木工程学院水利工程系,中国上海200092【正文语种】中文长江中下游平原洪涝灾害频繁，每年造成的损失都非常巨大，严重影响了区域经济和社会的稳定发展。
随着我国对洪水治理重视程度的不断加强以及科技水平的提高，在开展洪水本身的规律性研究、洪灾信息的采集、洪水预报和计算等方面，都已经有了一些有效方法和手段。
但是，快速进行洪水淹没范围模拟依然是需要解决的重要问题。
分析平原河网地区的洪水风险，经常采用数值模拟的方法对该地区复杂的水系以及水流运动特点进行研究。
但由于缺乏实测流量资料，较难对模型进行率定和验证，且模型的计算时间较长不利于进行洪水快速模拟。
因此，根据区域地形地貌，利用ArcGIS技术开展水文分析，快速、准确地模拟洪灾，是评估洪水影响范围的一种重要途径。
本文以数字模型高程（DEM）数据为基础，以GIS技术为手段，通过编程的方式形成一套有效的模拟暴雨内涝和外洪溃口情形下洪水淹没范围的方法，能够较为快速的进行洪水淹没范围模拟。
造成洪水淹没的原因有很多，但一般可以归结为降雨形成的内涝以及外来洪水造成的圩堤溃决。
基于ArcGIS可视化建模技术的水淹分析
基于ArcGIS可视化建模技术的水淹分析赵冬泉*1，佟庆远2 ，杜鹏飞1，陈吉宁1（1.清华大学环境科学与工程系，北京100084 ;2.北京清华城市规划设计研究院环境与市政所，北京 100084）摘要：近年来利用GIS技术为手段进行水淹分析一直是一个研究热点，各种文献中报道的分析方法都需要编写程序或通过复杂操作实现。
利用ArcGIS 9提供的先进的可视化建模工具，可以根据GIS操作流程快速建立复杂的GIS分析模型。
本文利用这种技术建立了水淹分析模型，并在滇池湿地生态规划中进行防浪堤拆除后水淹范围的分析。
利用这种方法建立的模型具有使用简单、扩充性强、便于和数据同时发布等特点。
该方法适用于各种包含复杂GIS操作的模型构建。
关键字：GIS，空间分析，可视化建模，水淹分析1. 引言20世纪90年代以来，利用GIS技术为手段进行水淹分析一直是一个研究热点，许多学者在这方面做过研究，并取得一定的进展。
如葛小平等人的GIS支持下的洪水淹没范围模拟[1]，丁志雄等人的基于GIS格网模型的洪水淹没分析方法[2]。
这些方法的实现，都需要在GIS环境中编写相应的程序。
刘小生等利用ArcMap的自带功能，无需编程实现了低于一特定高程的区域计算[3]。
但是该方法的实施需要手工执行多个GIS操作步骤，只有对GIS熟悉的人员才能使用。
而在ArcGIS 9提供的统一的地理处理（Geoprocessing）框架下，可以利用可视化建模工具，将数据和相应的空间处理工具按照操作流程快速组织建立复杂的GIS 分析模型。
本文将以ArcGIS 9中数据叠加和3D分析处理工具为基础，快速构建一个水淹分析模型，并在滇池湿地生态规划中应用，分析防浪堤拆除后的水淹范围。
2. ArcGIS9中的可视化建模工具介绍ArcGIS 9是美国环境系统研究所公司（Environmental Systems Research Institute，Inc. 简称ESRI）公司最新推出的GIS平台[4]。
基于情景模拟的上海中心城区居民住宅的暴雨内涝风险评价
第20卷第3期2011年6月自 然 灾 害 学 报JOURNAL OF NATURAL D I SASTERS Vo.l 20No .3Jun .2011收稿日期:2010-04-21; 修回日期:2011-04-19基金项目:国家自然科学重点、面上基金项目(40730526;40571006;51079132);上海市科技启明星项目(09QA1401800);河南省政府决策研究招标课题(D311)作者简介:石勇(1980-),女,讲师,主要从事自然地理、环境演变与可持续发展研究1E-m ai:l yongsh@i zzu .edu .c n文章编号:1004-4574(2011)03-0177-06基于情景模拟的上海中心城区居民住宅的暴雨内涝风险评价石 勇1,许世远2,石 纯2,孙阿丽2,赵庆良3(1.郑州大学旅游管理学院,河南郑州450001;2.华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室,上海200062;3.河南大学环境与规划学院,河南开封475001)摘 要:内涝是影响上海的主要灾害之一,上海城区居民住宅特别是旧式住宅容易因之受损乃至倒塌。
基于情景模拟和指标体系方法,开展了上海中心城区住宅的风险评估。
利用上海水务信息中心开发的内涝仿真模型,设置暴雨情景并对该情景下的内涝进行模拟,得到了区域水深分布状况,利用G IS 技术求得每座住宅的水深,体现其在内涝中的暴露程度,并构造暴露性评价模型,综合反映区域总体暴露状况。
根据旧式住宅较易受到影响的事实,构造脆弱性指数,最终衡量区域住宅面临灾害的整体风险状况,实现区域间居民住宅内涝风险的对比分析。
设置了五十年一遇的暴雨内涝情景,针对中心城区各街道开展了实证研究,最终评价结果显示出的危险性、暴露性、脆弱性和风险分布规律,与实际情况基本符合。
该方法可以为市政部门提供必要的信息,提高内涝灾害的管理水平。
关键词:上海市;居民住宅;暴雨内涝;风险;情景模拟;地理信息系统中图分类号:X43 文献标志码:AR isk assess ment of rai nstor m waterl oggi ng on ol d -style resi dences do wntown i n Shanghai based on scenario si m ul ati onS H I Yong 1,XU Sh-i yuan 2,SH I Chun 2,S UN A-li 2,Z HAO Q i n g -liang3(1.Depart m ent ofT ouris m and M anage m ent ,Un i versit y of Zhengzhou ,Zhengz hou 450001,Ch i n a ;2.Key Laborat ory ofGeograph i c Infor mati on Science ofM i n i stry ofE du cation ,E ast Ch i na N or m alUn ivers i ty ,Shanghai 200062,C hina ; 3.Co ll ege of Environm en t and Plann i ng ,H enan Un i versit y ,Kaifeng 475001,Ch i na)A bstract :The w aterl o gg ing is one of t h e m ost serious hazards i n Shangha iM unic i p ality .Residences ,especia lly the o l d -sty le resi d ences in do w nto w n of Shanghai are prone to be affected and even collapse dur i n g w aterlogg i n g disas -ters .The purpose of th is paper is to carry out risk assess m ent of resi d ences i n the reg i o n based on scenari o si m u la -tion and indicator syste m.The ra i n stor m scenario w as si m ulated by the rainstor m si m u lation m ode l deve l o ped by Shangha iF lood R isk Infor m a ti o n Center .The i n undation dep t h of each resi d ence obtai n ed by GIS is a degree o f ex -posure o f i.t Then an exposure assess m en tm ode lw as built to i n tegrate different ranks of exposure .A ccordi n g to thefact that o l d -sty le resi d ences are m a i n hazard -beari n g bod ies duri n g w aterl o gg i n g hazar ds ,w e established a vu l n era -b ility ind i c ator .F i n ally the total risk feature o f a reg i o n and the co m parison of disaster situation a m ong different d is -tricts are realized .Fi n a lly ,usi n g the stor m scenario o f 50-year retur n period ,taking the streets as the assess m ent un its ,w em ade an assess m ent on the risk of residences i n Shangha idownto w n .It is obv i o us fro m the research resulttha t the spatia l distribution o f hazard ,exposure ,vu l n erab ility and risk are in accord w ith the fac.t The m ethod o f risk assess m ent is applicab le ,wh ich can prov i d e necessary i n for m ation for Shangha iM un icipa lGover nm ent to i m -prove w aterlogg i n g m anage m en.t K ey words :ShanghaiM unic i p ality ;resi d ence ;rainstor m w aterlogg i n g ;risk ;scenario si m u l a ti o n ;geograph ic i n for -m ation syste m (G I S)上海北滨长江,东临东海,南依杭州湾,特殊的地理位置和低洼的平原地形使得水灾成为该市的心腹之患。
基于GIS技术的洪水淹没模拟及灾害评估
基于GIS技术的洪水淹没模拟及灾害评估姓名：孙珂单位：郑州测绘学校地址：河南省郑州市大学南路1号邮编：450000摘要：针对洪水灾害评估的特点，将GIS技术与RS技术相结合，根据数字高程模型DEM提供的三维数据和遥感影象数据，运用GIS的空间分析功能来预测、模拟显示红水河流域洪水淹没场景，并结合该流域水文站降雨量数据和各乡镇人口密度数据以及其他辅助数据来进行洪水灾害评估。
关键字：洪水灾害、地理信息系统、泰森多边形、加权叠加1．前言洪水灾害是最频发的自然灾害，严重影响国民经济发展危害人民生命财产安全，破坏生态环境。
随着现代经济的高速发展和水利工程的增加，洪水灾害对人类的危害仍在加重。
因此，快速、准确、科学地模拟、预测洪水淹没范围，对防洪减灾具有重要意义。
特别是对于一些重点防洪城市和行蓄洪区，如果能够预先获知洪水的淹没范围和水深的分布情况，对于预先转移受灾区的生命财产，减少损失具有非常重要的价值，而且对于洪水造成的灾害损失进行评估也是非常有用的。
近几年来，将GIS技术与RS技术相结合，根据数字高程模型DEM提供的三维数据和遥感影象数据来预测、模拟显示洪水淹没场景，并进行洪水灾害评估，已成为GIS在洪水方面主要研究领域。
本研究以数字高程模型DEM和RS影象为基础，运用GIS的空间分析功能，研究试验区洪水河流域的洪水淹没情况。
2．研究区域及数据简介2．1 研究区域地理概括红水河是珠江流域西江水系的中上游河段，发源于云南省沾益县马雄山，流经滇、黔、桂三省（区），上游主流称南盘江，流至庶香双江口与北盘江汇合后称红水河，到广西三江口与柳江相汇合后称黔江。
红水河流域位于东经102°20′—109°30′，北纬23°04′—26°50′之间，流域四周为群山环绕，整个地势自西北向东南倾斜，平均海拔高程1450m。
本次实验重点研究范围为红水河流域中的整个龙滩流域及其六个子流域(甲板、平腊、八茂、蔗香、这洞、高车)。
洪水淹没分析
存档编号华北水利水电学院North China University of Water Resources and Electric Power 课程设计题目: 基于GIS的洪水淹没分析学院资源与环境学院专业地理信息系统姓名黄福想学号200900931指导教师李小根完成时间2012年6月1日目录摘要 (I)关键词：ARCSCENE；数字高程模型（DEM）；ARCGIS；TIN (I)FLOOD ANALYSIS REPORT (II)ABSTRACT (II)第1章绪论 ........................................................................................................................................................... - 1 -1.1论文研究背景 .............................................................................................................................................. - 1 -1.2系统研究的意义和内容 .............................................................................................................................. - 1 -1.2.1.系统研究的意义 (1)1.2.2.系统研究的内容 (1)第2章系统设计模块............................................................................................................................................ - 2 -2.1系统设计 ...................................................................................................................................................... - 2 -2.1.1.数据库设计 (2)2.1.2.系统功能结构设计 (2)2.1.3.系统功能实现关键技术 (3)2.2系统实现 ...................................................................................................................................................... - 3 -2.2.1.三维场景中显示洪水范围 (4)2.2.2.系统的界面 (6)2.2.3.洪水淹没面积计算： (8)2.2.4.系统计算功能模块如下图 (8)第3章结束语 ....................................................................................................................................................... - 9 -3.1系统的不足 .................................................................................................................................................. - 9 -第4章附件 ........................................................................................................................................................... - 9 -4.1算法核心代码： .......................................................................................................................................... - 9 -i基于GIS的洪水淹没分析报告摘要洪水灾害是最频发的自然灾害，严重影响国民经济发展危害人民生命财产安全，破坏生态环境。
基于GIS与SWMM耦合的城市暴雨洪水淹没分析
基于GIS与SWMM耦合的城市暴雨洪水淹没分析摘要：针对暴雨导致的城市内涝问题，采用GIS与SWMM耦合的城市暴雨洪水淹没分析计算方法，对郑州市暴雨内涝淹没范围和淹水深度进行了模拟分析，对组成排水系统的排水管网、道路和河道水系等进行合理概化，构建了暴雨洪水淹没分析模型，对重现期分别为0.5、1、2、5、10 a设计暴雨情形下的管道节点溢流和积水深度进行了模拟。
结果表明：郑州市区总体排涝标准较低，排涝能力严重不足；该模型能直观表现受涝区淹没范围和淹水深度，在城市排水管网规划、雨洪管理和灾后损失评估等方面具有一定的应用价值。
关键词：GIS；SWMM模型；淹没分析；暴雨；城市内涝；郑州市近年来，随着气候变化和城市化的发展，由暴雨引起的城市内涝日趋频繁，造成的灾害损失越发严重［1］。
对城市雨洪过程进行模拟与预测是有效应对城市暴雨内涝灾害的重要技术手段，因此如何构建城市暴雨洪水淹没分析模型成为城市水文学研究的热点问题［2］。
城市区域不透水面积比例较大，产汇流历时较短，导致城市水文效应明显，主要表现在洪水总量增加，洪峰流量加大；另一方面，市政集／排水口众多且分散，管网结构复杂，实际过流能力各异。
因此，对城市暴雨洪水过程进行模拟时需要考虑城市下垫面空间变异性，并合理处理路网、管网、河网等主要径流通道之间的复杂水力联系［3］。
SWMM模型能较好地计算暴雨条件下研究区域经下渗、蒸发、地下径流、排水系统输出等方式的水循环后留存于地表的积水量，模型输出结果为各个管网点的溢出水量［4］，不能表达现实城市雨洪管理中溢出水量产生内涝的淹没范围和淹水深度问题［5-8］。
也就是说，单纯应用SWMM模型对城市暴雨洪水进行分析计算，不能反映积水点的积水时间和积水范围，使城市暴雨洪水预警预报结果不直观。
快速发展的地理信息系统（GIS）技术为繁杂的SWMM城市排水管网模型的构建提供了有力的支持［9-10］，也为模型结果的拓展应用提供了一种新的便捷、高效的技术手段，并且SWMM为开源软件，便于与GIS结合以实现二次开发［11-13］。
基于GIS的洪涝灾害研究
论 文 题 目基于GIS 的洪涝灾害研究学 院： 旅游与地理科学学院专 业： 地 理 信 息 系 统学 生 姓 名： ***学 号： 0 9 1 1 5 1 *年 级 班： 09级5班指 导 教 师： **2013年04月27日论文分类号：p208 密 级：无摘要洪涝灾害已经成为了山区一种常见的综合性灾害，这种灾害给南川区南平镇带来了严重的破坏和巨大的经济损失。
为了有效抵御洪涝灾害,减少洪涝灾害带来影响和破坏，文章利用GIS技术构建南平镇洪涝灾害分析方法。
对于这种方法计算淹没区，准确性受地形图、等高距大小、数字化采集精度、数字地面模型、高程精度以及格网间隔大小、像素探测分辨率等因素的影响。
等高距越小，数字化跟踪误差越小，数字地面模型内插越密，格网跨度越短，探测分辨率越高，淹没区计算精度也就越好。
关键词：洪涝灾害；决策；缓冲区；叠加AbstractFlood disaster has become a common comprehensive disaster. This disaster takes a serious damage and huge economic losses to the nanping town . In order to effectively resist flood disaster and alleviate the destruction and influence by flood disaster, the article to construct the Flooding disaster analysis method of Nanping town by using GIS technology. The accuracy of flood area is mostly dependent on the contour interval of map accuracy of digitizing map accuracy of DEM, interval of GRID and detecting resolution of pixels for this kind of method to calculate the submerged area．The smaller contour interval，the fewer errors of digitizing ,the denser interpolating of DEM ,the shorter span and the higher detecting resolution will make the higher accuracy the better submerged area calculation accuracy．Key words: Flood disaster; Decision-making; Buffer; Interstect基于GIS的洪涝灾害研究1 前言洪涝灾害是由于暴雨洪水形成的一种比较具有突发性和常见性的自然灾害类型，对国民经济建设和农业生产危害极大。
基于ArcGIS的平原河网地区洪水淹没范围快速模拟
（ 苏） 防洪保护区为例， 根据 区域内圩 区众 多的特点 ， 分别考虑 了暴雨形成的 内涝以及 外来洪水造 成溃 口的情形 。针对这 两类情 况 ， 本文分别采 用Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ的库容计算模块 以及种子 蔓延 算法． 模拟不 同降雨条件下各 区域的淹没情况并得 到渍 口发生时圩区的淹没情 形。最后 ， 借助 Ａ ｒ ｃ Ｇ １ Ｓ
ｖ ＝ ∑（ Ｈ 一 ５
＝ 】
图 ２ 研 究 区 域 淹 没 范 围 提 取 流 程
上述公式实质是一种基于水位得 到该水位下总体积 的方法 ， 是 将 洪水水位简化成了一个平面 这就类 似于求取水库库容 的过程 ， 得 到 个水位和库容之间 的关系 在 Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ 中． 对于库容计算 ， 提供 了一 个基 于数 字高程模 型 （ Ｄ Ｅ Ｍ） 的库容计 算模块 （ Ｐ ｏ ｌ ｙ ｇ ｏ ｎ Ｖ ｏ ｌ ｕ ｍ ｅ ） ， 该 模 块只要给定了水位和 Ｄ Ｅ Ｍ地形数据就能求得库容。 运用该模块 ． 可以得到一种计算区域淹没水深 的编程算 法。首先 假定洪水水位为 Ｈ． Ｈ可 以取为计 算区域地面高程 的最小值 。随后 应 用Ａ ｒ ｃ Ｇ Ｉ Ｓ中的库容模块计算淹没 量 ｖ。并将淹没量 ｖ与实 际降雨量 ｗ进 行 比 较， 若 两者数 值的误差 超过 了一定 范围则对 Ｈ进行累加 。 一
能实现 。对于 多个 区域不 同水深 的淹没范 围提取 ，可 以通 过 Ａ ｒ ｃ ＧＩ Ｓ ｏｒ ｆ Ｐ ｙ ｔ ｈ ｏ ｎ的算法实 现 ， 计算流 程如 图 ２所示 。
模型、 不规则三角 ￣ Ｊ （ Ｔ Ｉ Ｎ ） 模型和等高线模 型。这 三种模 型实质上是能 互 相转 换的 ． 但是规则矩形格 网ｆ Ｇ ｄ ） 模型较为容 易被使用 。 因而本文 采用的 Ｄ Ｅ Ｍ数据是精度为 １ ： １ ０ ０ ０ ０的规则矩形￣ （ Ｇ ｒ ｉ ｄ ） 模型数 据。
基于ArcGIS渭河下游洪水淹没面积计算(可编辑)
基于ArcGIS渭河下游洪水淹没面积计算第 30卷第 6期干旱区地理 Vol. 30 No. 62007年 11月 AR I D LAND GEOGRAPHY Nov. 2007①基于 A rc GIS的渭河下游洪水淹没面积的计算1 1 123 1冯丽丽 , 李天文 , 陈正江 , 姚任平 , 吴琳 , 程一曼1 西北大学城市与资源学系 , 陕西西安 710069;2 国家测绘局大地测量数据处理中心 , 陕西西安 710054;3 西安电子科技大学党政办公室 , 陕西西安 710071摘要 : 计算洪水淹没面积一直是灾害评估研究中的一个热点问题以GIS技术为基础 ,运用 A rc2GIS软件的特殊功能 ,以渭河为研究背景实现了无需编程即可完成对洪水淹没面积的提取及计算。
在地形图数字化基础上 ,分别对有源淹没和无源淹没进行分析 ,并运用 A rcMap和 A rcV iew软件自身的功能 ,对洪水淹没面积进行统计计算 ,并以 2003年渭河下游洪水淹没数据为依据进行对比验证 ,取得了良好的效果。
关键词 : 洪水洪水淹没面积有源淹没无源淹没中图分类号 : TP753 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 6060 2007 06 - 0921 - 05 921~925我国是一个洪水多发性国家 ,每年因洪水淹没经费 ,对于一些小单位或是个人来讲 ,实现起来比较造成的损失难以估计。
近十几年来 ,自然资源的开困难。
因此 ,以克服上述方法的不足为目标 ,本文提发利用不断扩大 ,城乡经济建设飞速发展 ,洪水出现供了一种无需编程就可以简单迅速地计算出洪水淹的频率及其造成的损失也不断增加。
因此 ,快速、准没面积的方法 ,为快速评估洪灾损失和政府防洪决确、科学地模拟预测洪水淹没范围以及计算洪水淹策提供了科学的依据。
其以种子蔓延算法为基本原没面积 ,对防洪减灾具有重要意义。
20世纪 90年理 ,以 GIS为基本处理方法 ,以渭河下游 1n 5万的地代以来 ,特别是近几年来 ,在水动力 -水文模型基础形图为基础数据 ,运用 GIS软件 A rcMap的自身功上 ,利用 GIS强有力的空间分析和可视化功能 ,模拟能 ,在无需编程的情况下即可求得低于一定高程的显示洪水淹没区 ,一直是一个研究热点。
基于ArcGIS的洪水淹没分析与三维模拟_孙君
V o1.7 No.3第7卷 第3期基于ArcGIS的洪水淹没分析与三维模拟孙 君，奚赛英，尤 迪，郑付涛（常州市规划设计院,江苏常州 213003）摘 要：洪水淹没范围的确定是洪灾损失评估和防洪决策的核心环节。
基于TIN数据，运用ArcMap，采用“无源淹没分析”方法对区域天然防洪能力进行划分；实现了在给定水位条件下，对洪水淹没范围提取与统计计算，建立了洪水水位高程和淹没面积关系公式，并用于洪水淹没快速预测；运用ArcScene，对水位抬升的“无源渐进淹没”情况进行了三维模拟。
关键词：洪水；GIS；无源淹没；淹没范围；三维模拟中图分类号：TP311.5 文献标识码：A 文章编号：1007-1903（2012）03-0031-030 引言我国是一个洪水灾害频发的国家，大约2/3的国土面积有着不同类型和不同危害程度的洪水灾害[1]。
因此，快速、准确地模拟预测洪水淹没范围及面积，对防洪减灾具有重要意义。
防洪减灾工作自20世纪90年代以来，在水动力-水文模型基础上，利用ArcGIS强有力的空间分析和可视化功能，模拟显示洪水淹没区，进行非工程措施防洪减灾，是研究热点。
结合相关学术文献，发现ArcGIS在洪水淹没分析方面多有应用[2-6]。
但需要编制复杂程序或应用复杂算法，往往过于繁琐。
本文提供了无需编程就可以简单迅速地计算出洪水淹没面积的方法。
以ArcGIS为基本处理方法，以TIN数据为基础数据，运用ArcMap自身功能，对区域天然防洪能力进行划分，求得低于一定高程的洪水淹没范围，实现了洪水淹没面积的计算，进而建立洪水水位与淹没面积间的关系公式，并运用公式进行淹没面积快速预测。
运用ArcScenen软件，简便建立了地形和洪水模型，并对洪水渐进情况下的淹没情况进行了三维模拟。
1 洪水淹没范围分析1.1 确定洪水淹没分析方法洪水淹没是一个动态而至平衡的过程。
确定洪水最终淹没范围，有2种概化模型：(1)基于水位的洪水淹没范围计算：给定某一洪水水位H，由此推算出洪水的淹没范围。
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第30卷第2期2009年4月华 北 水 利 水 电 学 院 学 报J o u r n a l o f N o r t h C h i n a I n s t i t u t e o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n dH y d r o e l e c t r i c P o w e rV o l .30N o .2A p r .2009收稿日期:2009-01-14基金项目:国家自然科学重点基金项目(40730526);国家自然科学面上基金项目(40571006);上海市重大科技攻关项目(05D Z 12007).作者简介:孙阿丽(1985—),女,河南周口人,在读硕士研究生,主要从事环境科学与自然灾害方面的研究.文章编号:1002-5634(2009)02-0009-03基于G I S 的洪水淹没范围模拟孙阿丽,徐林山,石 勇,石 纯(华东师范大学地理信息科学教育部重点实验室,上海200062)摘 要:洪水淹没范围的确定是洪灾损失评估的核心环节,洪灾损失评估是防洪减灾领域的一项基础工作.在给定水位条件下,运用G I S 和丹江口库区的相关图形数据平面模拟了大坝加高洪水淹没范围,并对其采用“无源淹没分析”方法进行统计计算,及时、准确、系统地掌握了洪水淹没信息,为洪水风险图制作、快速评估洪灾损失和防洪决策提供科学依据.关键词:淹没范围;G I S ;丹江口大坝中图分类号:T V 222;X 45 文献标识码:A 我国地域辽阔,自然地理条件复杂,洪水灾害频繁发生,大约2/3的国土面积有着不同类型和不同危害程度的洪水灾害.每年因洪水灾害造成的经济损失约占全部自然灾害损失的60%以上,其直接经济损失达百亿元,严重影响了我国国民经济的发展和人民生命财产的安全[1].仅仅利用工程措施并不能完全抵御洪水,非工程措施也是防洪减灾的有效方法之一.R S 和G I S 的结合使非工程防洪措施的实施成为可能,它能快速、准确、科学地预测和模拟显示洪水淹没范围,使防洪工程发挥效益,并以非工程措施来减轻洪水危害,对防洪减灾和洪灾评估等具有重要意义.以数字高程模型D E M 为基础,运用G I S 的空间分析功能,根据水库调度的出库洪水过程,配合数字化地图,利用淹没范围模拟算法统计计算丹江口库区大坝加高后洪水淹没面积,为后续进行的洪水灾害损失评估提供重要的实时数据信息[2].1 研究区概况丹江口库区是南水北调中线工程的水源地,地处我国南北过渡、东西交替的秦巴山区,属亚热带季风气候区,四季分明,立体气候明显.其水利枢纽位于汉江干流上,控制流域面积9.52万k m 2.该工程于1958年动工兴建,分2期完成.初期工程正常蓄水位157m ,相应总库容量174.5亿m 3,主要任务是防洪与发电,已于1974年竣工,淹没处理面积813k m2[3].后期工程正在建设中,正常蓄水位170m ,总库容量290.5亿m 3,主要任务是防洪与引水,大坝加高后,坝顶高程由162.0m 升到176.6m ,正常蓄水位由157.0m 上升到170.0m [4].湖北省十堰市、丹江口市、郧县、郧西县以及河南省淅川县5个县(市、区)被纳入丹江口水库淹没区[5].以河南淅川县为研究对象进行淹没分析.淅川县位于河南西南边陲,豫鄂陕三省结合部,集山区、库区、边缘区于一体,是丹江口水库水利枢纽工程主要淹没县移民安置县,全县总面积2801.4k m 2,其中耕地466.9k m 2,水域400.2k m 2,荒山1934.3k m 2.2 模拟分析2.1 数据来源原始数据主要包括两部分:①水库大坝加高工程的相关数据;②库区的基础地理数据和专题数据(比例尺为1∶500000),如遥感影像、地形图、行政区划图、土地利用图等各类空间数据.2.2 模拟分析过程数字高程模型(D E M )采用地形图以及专题图为底图进行屏幕数字化,高程点数据和等高线高程数据两者分别保存在不同的图层中,属性数据则用T a b l e 中字段存储[6].基础地理数据和大坝加高相关的数据扫描矢量化后,形成点状、线状和面状图层,其中点状图层包括高程点图层和村镇居民点图层,线状图层包括等高线图层和边界图层,面状图层包括土地利用图层和丹江口水库水面图层,建立点、线、面图层的矢量数据库.最后矢量—栅格数据格式之间的转换、几何配准统一到相同的定位基础上,不同地物图层的提取等.基于G I S 的洪水淹没分析涉及到两个关键问题:洪水水面的模拟和洪水淹没范围的计算.基于D E M 的水域淹没范围的确定主要有2种方法:平面模拟和曲面模拟[7].文中的研究范围是丹江口库区其中一个水库的淹没范围,属于小范围地区,因此选择平面模拟方法.对于淹没面积的计算,基于D E M 求取给定水位条件下的淹没区,应当将淹没区分为“无源淹没”和“有源淹没”2种情形:①凡是高程值低于给定水位的点,皆计入淹没区;②需考虑“流通”淹没情形,即洪水只淹没它能流到的地方,采用“无源淹没”计算给定水位条件下的淹没范围[8-9].无源淹没区的淹没斑块间不必连通,程序判断比较简单,所有低于或等于预测水位高程的单元都将计入缓冲区,经累加形成淹没范围,最后与地形图上的行政区划层进行叠加分析,得出淹没区的实地位置.整个淹没模拟分析过程如图1所示.图1 水库淹没分析流程图3 模拟结果根据水库淹没分析流程方法,对高程点图层和等高线图层进行处理,生成数字高程模型(T I N ),然后由T I N 生成G r i d 格式的数字高程模型,如图2所示.再把数字高程模型进行重分类,使其中两类分别逼近水库原始水位和大坝加高后的水位,将大坝加高前后两水位线用稀疏的栅格表现出来,提取两水位线,形成新的线状图层,再转化成面状图层就形成了淹没区域的模拟显示图,如图3所示,以实现丹江口大坝加高淹没分析. 使淹没区域的模拟图层分别与其它专题图层进行叠加,便可生成不同地物的淹没区域.对村镇和土地利用进行了淹没统计.淹没区域模拟图与村镇图层叠加后如图4所示,土地利用情况及各类土地面积查询图如图5所示.经过以上淹没统计,该区域因丹江口大坝加高被淹没的土地总面积为105.613k m 2、被淹没的村镇有5个,分别是王营、石桥、党子口、泉店和徐家沟.淹没各类土地利用面积中旱地淹没面积多,其次是疏林地、森林、森林草地.其统计结果见表1.10 华 北 水 利 水 电 学 院 学 报 2009年4月表1 土地利用淹没统计k m2种类旱地森林疏林地森林草地面积22.08911.31812.6980.1654 结 语根据所提出的淹没区计算模型和方法,可以迅速准确地计算出淹没区范围,为洪水灾害的客观准确评估和预测分析提供了重要基础和依据.淹没区计算精度的准确性主要取决于空间数据精度的优劣,本次淹没分析,由于数据年代较早,仅对丹江口部分区域的部分地物进行了淹没分析统计,其分析精度可能较低,但经过与有关数据资料对比,本次分析统计数据基本与实际情况相符,这也充分证明了模拟淹没分析方法具有一定的科学性,可以较准确地计算出水库淹没面积及各种地物的淹没数量,为移民安置工作及经济损失评估提供了依据.大坝加高导致部分村镇和土地面积的淹没,给淹没区人民的经济财产带来很大损失.因此,必须对该区相关村镇进行移民搬迁及对淹没区居民给予经济补贴,解决库区人民的生计问题,为以后的水库蓄水及南水北调中线工程打下基础.同时应根据淹没区域边缘坡度的不同,进行滑坡可能性分析,并对可能性较大的区域采取措施,杜绝蓄水后滑坡的发生.还有,库区水域面积的增大必将带来一些生态环境问题,因此,也必须对生态环境问题进行深入的研究分析,使丹江口水库的优良水质得到保持,从而为北方提供优质水源.参 考 文 献[1]何宗宜,韩用顺.基于G I S 技术的洪水淹没计算分析系统[J ].地理空间信息,2003,1(3):5-7.[2]胡瑞鹏,黄少华,王迅.G I S 在洪水淹没灾害评估中的应用[J ].水利水文自动化,2007(2):5-8.[3]马萍.浅析丹江口大坝加高水库淹没实物指标调查的成功经验[J ].南水北调与水利科技,2006(4)(增刊):100-107.[4]刘炜,张慧,李百浩.丹江口水库淹没区传统民居研究[J ].武汉理工大学学报:社会科学版,2007,20(4):536-539.[5]葛小平,许有鹏,张琪,等.G I S 支持下的洪水淹没范围模拟[J ].水科学进展,2002,13(4):456-460.[6]陈志康.南水北调水源工程丹江口大坝加高设计工作简况[J ].湖北水利发电,2005(3):11-14.[7]韩丛丛,吴泉源,李轶平.基于D E M 的龙口煤矿塌陷区水域淹没分析[D ].济南:山东师范大学,2008.[8]刘仁义,刘南.基于G I S 技术的淹没区确定方法及虚拟现实表达[J ].浙江大学学报:理学版,2002(5):573-578.[9]刘仁义,刘南.一种基于数字高程模型D E M 的淹没区灾害评估方法[J ].中国图像图形学报,2001,6(2):118-121.F l o o d S u b m e r g e d A r e a S i m u l a t i o n B a s e do nG I S S U NA -l i ,X UL i n -s h a n ,SHI Y o n g ,S H I C h u n(K e y L a b o r a t o r y o f G e o g r a p h i c I n f o r m a t i o nS c i e n c e o f M i n i s t r y o f E d u c a t i o n ,E a s t C h i n a N o r m a l U n i v e r s i t y ,S h a n g h a i 200062,C h i n a )A b s t r a c t :D e t e r m i n i n g f l o o d s u b m e r g e da r e a i s t h ec o r eo f f l o o dd a m a g ea s s e s s m e n t ,f l o o dd a m a g e a s s e s s m e n t i s ab a s i c w o r ki nt h e f l o o d p r e v e n t i o n a n d d i s a s t e r r e d u c t i o n .A c c o r d i n g t o G I S a n d g r a p h i c d a t a o f D a n j i a n g k o u r e s e r v o i r ,t h e f l o o d s u b m e r g e d a r e a i s s i m u l a -t e d h o r i z o n t a l l ya n d c a l c u l a t e db y t h em e t h o do f “n o n -s o u r c e s u b m e r g e da n a l y s i s ”,w h i c hc a ng r a s pf l o o ds u b m e r g e da r e a i n f o r m a t i o n t i m e l y ,a c c u r a t e l y a n ds y s t e m a t i c a l l y ,a n dc a np r o v i d e a s c i e n t i f i c b a s i s f o r m a p p i n g f l o o dr i s k a n dr a p i da s s e s s m e n t a n dd e c i s i o n -m a k -i n g .K e yw o r d s :s u b m e r g e da r e a ;G I S ;D a n j i a n g k o ud a m11第30卷第2期孙阿丽等: 基于G I S 的洪水淹没范围模拟。