城市公共安全应急系统中一维洪水演进及其可视化研究.pdf

第!) 卷第! 期: : : : : : : : : 湖北民族学院学报（自然科学版）: : : : : : : MH/’ !): NH’ ! !# 年* 月: : : : : : : OHE2G-/ HI PE0B 6GK..E.B IH2 N-.HG-/.BK（N-.E2-/ 73BG3B QD.HG ）: : : : : OEG’ !# 城市公共安全应急系统中一维洪水演进及其可视化研究 孙海燕，熊金宝，吴迪军 （武汉大学 测绘学院，湖北 武汉(+# ） 摘要：基于圣维南方程组建立河渠一维洪水演进模型，用,-./-0 编制程序进行计算并将结果数据导入到1234 567 中，实现各断面水位和流量的实时动态显示，同时利用,-./-0 的作图功能绘制每个断面的水位、流量随时间变 化的过程图，从而实现了城市公共安全应急系统中一维洪水演进的实时可视化’ 关键词：圣维南方程组；洪水演进；城市公共安全应急系统；可视化 中图分类号： 8! 文献标识码：1 文章编号：%9 $ 9(!+（!# ）! $ %* $ ) 洪水灾害一直是人类面临的最严重的自然灾害’ 随着经济社会的不断进步和发展，洪水灾害对城市造成 的损失也越来越严重’ 因此，对洪水灾害的研究具有重要的现实意义’ 为了将洪水灾害造成的损失降到最低 限度，必须制定相应的防洪工程措施，除此之外，还需要从不同角度探讨利用现代新技术及时、准确地预测、 预报洪水演进过程的理论和方法’ 随着信息数字化技术研究的深入，洪水演进必然会上升到模拟仿真的高 度，实现对洪水发生时间、地点、范围和强度的快速和准确的预报’ 由于地理信息系统具有空间信息处理和分析的功能，具有空间性和动态性，它可以为洪水演进模拟的可 视化研究提供更直观的地表空间分析手段’ 在城市公共安全应急系统中，借助567 软件功能对洪水演进的现 象和规律进行观察、操作和分析，实现洪水发生及发展过程的直观动态的实时演示，可以为城市洪水应急状 态下的指挥决策提供科学依据’ %: 一维洪水演进数学模型建立 洪水演进计算的基本方程是水流连续方程及运动方程，一般以圣维南方程组表示! 考虑因变量 、# 并 且无旁侧入流的圣维南方程组： 水流连续方程：$ (% ; (# （% ） ( (’ (# (# ! (% ! (* #! 运动方程： ; !( ; （)* $ $( ） ( $ ) （! ） ! ( (’ (’ (’ % * + , % % 式中$ 为水面宽，% 为床面高程，# 为流量，( 为水流速，, 为水力半径，+ 为谢才系数，+ , * （- 为河床糙 - 率），) 为重力系数! 水流过程及水力要素如图% 和图! 所示! 图%: 平面位置上的水力要素 图!: 断面水力要素: : : : =?’ %: @AB ACD2-E/3 B/BFBG. HI J/-GB JHK.HG =?’ !: @AB ACD2-E/3 B/BFBG. HI .AB LB2.3-/ KB3.HG 方程（% ）和方程（! ）为一阶拟线性双曲型偏微分方程组，此方程组存在两族不同的实特征线，沿特征线 收稿日期：!# $ % $ ’ 基金项目：国家自然