GIS洪水淹没模型建立.doc

GIS洪水淹没模拟及灾害评估中的应用
导读：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。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。
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）。2.2实验数据
本研究采用的基本数据分为空间数据和水文数据以及其他辅助数据。其中空间数据包括龙滩流域的DEM底图、modis遥感影象底图、省市县行政边界、城市分布图、站点分布图、河网、龙滩流域及其子流域分布图等。水文数据是各子流域水文站获取的降雨量数据，辅助数据是流域流经区域经济数据以及为实现真实三维场景所采集到的部分建筑物纹理数据。
3.研究的主要任务及思路
通过利用研究区域的数字高程模型（DEM）和遥感影象数据对其进行三维场景仿真，再通过给定洪水水位高程值，认为在水位以下则是淹没区域，反之则不属于淹没范围，并对淹没过程进行模拟，通过人工方法确定连通区域来计算洪水淹没面积。同时结合研究区域土地利用类型数据、降雨量情况以及辅助经济数据进行加权叠置生成洪水灾害风险图，为防洪抗灾做决策。
4.研究区域三维场景建立。
由于红水河流域覆盖面积广阔，短时间内不可能将整个流域的三维场景进行模拟，本次研究只对红水河流域某小山谷进行三维建模。为了真实的反映地物的纹理特征，我们采用的原始数据是quickbird遥感影象以及对应的DEM数据。
三维场景的制作是通过将数字地形模型（DEM）和遥感图像数据进行叠加，再将通过实地考察利用三维建模软件googlesketchup建立好的建筑物模型和树木模型导入场景中，生成具有三维可视的地貌景观图。在此基础上可以进行红水河流域水资源的研究、洪涝灾害快速监测与评估及周边地表起伏形态特征等。
图1三维场景建立技术路线
图2三维可视化场景图
5.洪水淹没模拟分析及淹没面积计算
洪水淹没模型是以三维地形和不同水位来综合演示洪水淹没行为的时空变化及水体形态。运用HYPERLINK"http://www.3snews.net/tag.php?tag=ArcGIS"\t"_blank"ArcGIS9.2中的3D扩展模块，在研究区域数字高程模型的基础上，在ArcScene中实现了该区域洪水淹没演进过程，直观的显示不同时刻和水位该区域洪水淹没情况，为防洪救灾作出重要的决策。
洪水淹没由多种因素造成，降雨、上游来水都可以造成淹没。按照洪水淹没的成因，可将其分为两大类：一类是无源淹没，一类是有源淹没。本次操作主要是利用arcmap软件完成，通过已知红水河流域各水文站水文数据确定洪水位，由已知DEM数据和给定洪水水位来确定淹没区域并计算淹没面积。具体操作流程在arctoolbox中新建modelbuilder模型，（如图3），只需给定水文数据，可以直观的观察到其淹没区域及面积。

图3淹没面积计算modelbuilder模型
5.1无源淹没分析
只考虑受淹区的高程与给定水位的高程情况，而不用考虑淹没区的连通问题，凡是高程低于给定水位的点都记入淹没区，算作被淹没的点，这种情形相当于整个区域大面积均匀降水，所有低洼处都可能积水成灾。其淹没面积计算比较简单，所有低于或等于预测水位高程的像元都将计人淹没区，经累加计算得出淹没面积
5.2有源淹没分析
水流