基于ArcGIS的洪水淹没分析与三维模拟.doc

 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）03-0031-03 0 引言 洪水淹没是一个动态而至平衡的过程。确定洪 终淹没范围，有2种概化模型：(1) 基于水位的洪水 范围计算：给定某一洪水水位H ，由此推算出洪水的 范围。该模型相对简便。(2)基于水量的洪水淹没范 算：即在给定某一洪水水量Q 的条件下，计算相应的 淹没范围。在应对非调度洪水灾情分析时，往往需 用获取的淹没区洪水水位或水量[7 ]。因洪水水位数 获取较为容易，故采用基于水位的淹没分析。 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TI N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。 基于水位的淹没分析，分两种情形：(1)无源淹没 是高程值低于给定水位的点均为淹没区，相当于整 区大面积均匀降水，所有低洼处都可能积水成灾；( 源淹没：考虑“流通”淹没的情况，即洪水只淹没它 到的地方，相当于高发洪水流域泛滥，例如洪水决堤 局部暴雨引起的暴涨水向四周扩散[8]。对于洪水源 易确定、地势相对平坦地区，无源淹没模型较为贴切 依据上述分析方法适用范围和本文研究对象 点，采用基于水位的洪水淹没范围计算中的无源淹 型进行分析计算与三维模拟。 1.2 划分区域天然防洪能力 防洪能力涉及因素较多，如地形地貌、地面高程 道畅通性能、防洪排涝设施建设情况等。这里以某 建成区为研究对象，根据地区防洪除涝水位控制标 只考虑 利用地面高 程评 价防 洪适 宜性，对其天然 1 洪水淹没范围分析 1.1 确定洪水淹没分析方法 能力作定性划分。研究区域内高程-9.1m～107.6m， 作者简介：孙君（1983-），男，江苏扬州人，硕士，从事岩土工程与地理信息系统相关研究，email：sunjun_czpad@163.com 图1 天然防洪能力分区图 图2 淹没面积计算 同样的，计算洪水水位高程为1.0 m、1.5m、2.5m、 3.9m、4.05m、5.0m的淹没面积，详见表1： 图3 洪水水位高程与淹没面积回归分析 2012 第7卷 第3期 2012 Vo1.7 No.3 分析探讨 面积为181306884m2，即约181.3km2，如图2所示。 ArcMap，结合地区防洪水位要求，以50年防洪设防水位 黄海标高3.75m、20 0年防洪设防水位标高4.05m为界划 分系统建设区内各区域天然防洪能力（图1），直观展示 发生各种级别的洪灾时，可能淹没的区域，以便有针对性 地进行规划、决策。 表1 淹没面积统计 1.3 洪水淹没范围分析与预测 （1）数据预处理 TIN to Raster：预先生成分析区数字高程模型TIN数 据，由于基于栅格的计算比较简单，因此需要将TI N转换 成Raster: ArcMap下单击【3D Analyst】，找到【Convert】 的【TIN to Raster】项，Attribute选择Elevation；Cell Size 输入100；在Output Raster中输入路径，单击OK。生成所 需要的Raster，其属性值表示高程值。 面积因子提取：在【Spat ia l A n a lyst】菜单中选择 【Raster Calculator】项，设置“Raster 3.75”，洪水淹 没的高程选择的是分析区内50 年防洪设防水位高程。 【Eva lu at e】生成Va lue 值为0（代表Rast er ≥3.75）和1 （代表Raster 3.75）区域。 （2）淹没面积计算 将所有value值为1的区域进行累加计算，即得出淹 没区的面积。 将Ra