#基于GIS技術(shù)的洪水淹沒模擬及災(zāi)害評估摘要：針對洪水災(zāi)害評估的特點(diǎn)，將GIS技術(shù)與RS技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)數(shù)字高程模型DEM提供的三維數(shù)據(jù)和遙感影象數(shù)據(jù)，運(yùn)用GIS的空間分析功能來預(yù)測、模擬顯示紅水河流域洪水淹沒場景，并結(jié)合該流域水文站降雨量數(shù)據(jù)和各鄉(xiāng)鎮(zhèn)人口密度數(shù)據(jù)以及其他輔助數(shù)據(jù)來進(jìn)行洪水災(zāi)害評估。關(guān)鍵字：洪水災(zāi)害、地理信息系統(tǒng)、泰森多邊形、加權(quán)疊加1．前言洪水災(zāi)害是最頻發(fā)的自然災(zāi)害，嚴(yán)重影響國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展危害人民生命財產(chǎn)安全，破壞生態(tài)環(huán)境。隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和水利工程的增加，洪水災(zāi)害對人類的危害仍在加重。因此，快速、準(zhǔn)確、科學(xué)地模擬、預(yù)測洪水淹沒范圍，對防洪減災(zāi)具有重要意義。特別是對于一些重點(diǎn)防洪城市和行蓄洪區(qū)，如果能夠預(yù)先獲知洪水的淹沒范圍和水深的分布情況，對于預(yù)先轉(zhuǎn)移受災(zāi)區(qū)的生命財產(chǎn)，減少損失具有非常重要的價值，而且對于洪水造成的災(zāi)害損失進(jìn)行評估也是非常有用的。近幾年來，將GIS技術(shù)與RS技術(shù)相結(jié)合，根據(jù)數(shù)字高程模型DEM提供的三維數(shù)據(jù)和遙感影象數(shù)據(jù)來預(yù)測、模擬顯示洪水淹沒場景，并進(jìn)行洪水災(zāi)害評估，已成為GIS在洪水方面主要研究領(lǐng)域。本研究以數(shù)字高程模型DEM和RS影象為基礎(chǔ)，運(yùn)用GIS的空間分析功能，研究試驗(yàn)區(qū)洪水河流域的洪水淹沒情況。2．研究區(qū)域及數(shù)據(jù)簡介2．1研究區(qū)域地理概括紅水河是珠江流域西江水系的中上游河段，發(fā)源于云南省沾益縣馬雄山，流經(jīng)滇、黔、圖1：研究區(qū)域紅水河流域圖圖1：研究區(qū)域紅水河流域圖流域位于東經(jīng)102°20'—109°30',北緯23°04'—26°50'之間，流域四周為群山環(huán)繞，整個地勢自西北向東南傾斜，平均海拔高程1450m。本次實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)研究范圍為紅水河流域中的整個龍灘流域及其六個子流域（甲板、平臘、八茂、蔗香、這洞、高車）。2．2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)本研究采用的基本數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)和水文數(shù)據(jù)以及其他輔助數(shù)據(jù)。其中空間數(shù)據(jù)包括龍灘流域的DEM底圖、modis遙感影象底圖、省市縣行政邊界、城市分布圖、站點(diǎn)分布圖、河網(wǎng)、龍灘流域及其子流域分布圖等。水文數(shù)據(jù)是各子流域水文站獲取的降雨量數(shù)據(jù)，輔助數(shù)據(jù)是流域流經(jīng)區(qū)域經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)以及為實(shí)現(xiàn)真實(shí)三維場景所采集到的部分建筑物紋理數(shù)據(jù)。3．研究的主要任務(wù)及思路通過利用研究區(qū)域的數(shù)字高程模型（DEM）和遙感影象數(shù)據(jù)對其進(jìn)行三維場景仿真，再通過給定洪水水位高程值，認(rèn)為在水位以下則是淹沒區(qū)域，反之則不屬于淹沒范圍，并對淹沒過程進(jìn)行模擬，通過人工方法確定連通區(qū)域來計算洪水淹沒面積。同時結(jié)合研究區(qū)域土地

利用類型數(shù)據(jù)、降雨量情況以及輔助經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)疊置生成洪水災(zāi)害風(fēng)險圖，為防洪抗災(zāi)做決策。4．研究區(qū)域三維場景建立。由于紅水河流域覆蓋面積廣闊，短時間內(nèi)不可能將整個流域的三維場景進(jìn)行模擬，本次研究只對紅水河流域某小山谷進(jìn)行三維建模。為了真實(shí)的反映地物的紋理特征，我們采用的原始數(shù)據(jù)是quickbird遙感影象以及對應(yīng)的DEM數(shù)據(jù)。三維場景的制作是通過將數(shù)字地形模型（DEM）和遙感圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加，再將通過實(shí)地考察利用三維建模軟件googlesketchup建立好的建筑物模型和樹木模型導(dǎo)入場景中，生成具有三維可視的地貌景觀圖（如圖3）。在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行紅水河流域水資源的研究、洪澇災(zāi)害快速監(jiān)測與評估及周邊地表起伏形態(tài)特征等。技術(shù)路線如圖2所示。圖2三維場景建立技術(shù)路線圖圖2三維場景建立技術(shù)路線圖3三維可視化場景圖5．洪水淹沒模擬分析及淹沒面積計算洪水淹沒模型是以三維地形和不同水位來綜合演示洪水淹沒行為的時空變化及水體形態(tài)．運(yùn)用ArcGIS9.2中的3D擴(kuò)展模塊，在研究區(qū)域數(shù)字高程模型的基礎(chǔ)上，在ArcScene中實(shí)現(xiàn)了該區(qū)域洪水淹沒演進(jìn)過程，直觀的顯示不同時刻和水位該區(qū)域洪水淹沒情況，為防

洪救災(zāi)作出重要的決策。洪水淹沒由多種因素造成，降雨、上游來水都可以造成淹沒。按照洪水淹沒的成因，可將其分為兩大類：一類是無源淹沒，一類是有源淹沒。本次操作主要是利用arcmap軟件完成,通過已知紅水河流域各水文站水文數(shù)據(jù)確定洪水位，由已知DEM數(shù)據(jù)和給定洪水水位來確定淹沒區(qū)域并計算淹沒面積。具體操作流程在arctoolbox中新建modelbuilder模型,（如圖4），只需給定水文數(shù)據(jù)，可以直觀的觀察到其淹沒區(qū)域及面積（如圖5和圖6）。IntOutputrasterLessThan遨Calculate5.1無源淹沒分析LzRastertoPolygonOutputpolygonfeaturesIntOutputrasterLessThan遨Calculate5.1無源淹沒分析LzRastertoPolygonOutputpolygonfeaturesOutput

raster(2)圖4：淹沒面積計算modelbuilder模型p勺高程情況，而不用考慮淹沒區(qū)的連通問題，凡是高程只考慮受淹區(qū)的高低于給定水位的點(diǎn)都記入淹沒區(qū)，算作被淹沒的點(diǎn)，這種情形相當(dāng)于整個區(qū)域大面積均勻降水，所有低洼處都可能積水成災(zāi)。戈淹沒面積計算比較簡單，所有低于或等于預(yù)測水位高程的像元都將計人淹沒區(qū)，經(jīng)累加計算得出淹沒面積程與給定水位a）a）無源淹沒區(qū)（b）有源淹沒區(qū)圖5：水位為650m時紅水河流域淹沒情況5．2有源淹沒分析水流受到地表起伏特征的影響，在這種情況下，即使在低洼處，也可能由于地形的阻擋而不會被淹沒。造成的淹沒原因除了自然降水外，還包括上游來水、洼地溢出水等。面積計算稍微有點(diǎn)復(fù)雜，它是在無源淹沒的基礎(chǔ)上，考慮到連通要求的淹沒面積的計算。本文介紹的是用人為的方法確定符合連通條件的區(qū)域，將其取出，并計算出它的面積。具體做法是把決堤口定為源頭，在轉(zhuǎn)換生成的Raster中尋找與源頭連通的區(qū)域。將所有Raster的值為1的區(qū)域進(jìn)行累加計算，得出淹沒區(qū)的面積。

圖6：水位為800m時紅水河流域淹沒情況6．洪水災(zāi)害風(fēng)險圖制作：洪水風(fēng)險圖是以圖的形式直觀反映洪水威脅區(qū)域發(fā)生某一頻率洪水后，可能淹沒的范圍水深等洪水要素以及不同量級洪水可能造成的災(zāi)害風(fēng)險和對社會經(jīng)濟(jì)的損害程度的工具。根據(jù)該圖并結(jié)合影響區(qū)域內(nèi)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，合理制定防洪指揮方案，合理評價各項(xiàng)防洪措施的經(jīng)濟(jì)效益，合理估計洪災(zāi)損失，為防洪保險提供依據(jù)。本文研究的風(fēng)險是一種相對的概念，即不同區(qū)域之間風(fēng)險大小的相對比較。在GIS的支持下，利用洪水淹沒計算得到的淹沒范圍、淹沒水深，與各種專題圖層（包括行政區(qū)劃、土地利用、居民點(diǎn)分布、人口分布、重要地物分布、交通線路等）進(jìn)行拓?fù)浏B加和空間分析（空間查詢、網(wǎng)絡(luò)分析等），即可生成有關(guān)專題淹沒圖件，包括重要設(shè)施淹沒圖、搶險遷安路線圖等。如進(jìn)一步關(guān)聯(lián)背景數(shù)據(jù)庫中的社會經(jīng)濟(jì)信息，并結(jié)合相關(guān)數(shù)學(xué)模型，可統(tǒng)計由洪水淹沒造成的災(zāi)害損失。表一：紅水河龍灘流域水文站日降雨量數(shù)據(jù)站碼站點(diǎn)名稱2005年降雨量（毫升）2006年降雨量（毫升）2007年降雨量（毫升）5月6月7月5月6月7月5月6月7月LT060001天生橋167.5321136194.5369.5192.5111.5283.5277.5LT060011盤江橋71.53183858126380181315305.5LT060012這洞5719057116.5353.5157.5139.5373.5*LT060017平湖219.5196.547139.534718261.5239.5353.5LT060019高車56.5338.5168.5107.5196229155345.5439.5LT060051大田河5429191.5122.5282.5114152.5294.5406LT060078惠水15636997.5173265183217.5337.5390.5LT060134蔗香146.533721777197204.5***LT060143甲板258284.582182.528825657.5249207.5LT060144八茂17133782.5216.5288.5202.567.5273405.5LT060146平臘71201.56116232317151208.5205.56．1評價因子及評價原則編制洪水風(fēng)險圖有三大要素，即地形地貌、淹沒水位和社會經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)。其中本次研究主要有4個評價因子，包括高程、土地利用類型圖、各子流域降雨量及人口密度。其中高程值是由紅水河流域DEM數(shù)據(jù)生成；土地利用類型圖利用原始TM遙感影象通過監(jiān)督分類后生成；各子流域水文站測取的2002-2007年日降雨量數(shù)據(jù)，由于各水文站全年平均日降雨量比較接近，再加上洪水災(zāi)害一般發(fā)生在5、6、7三月，本次研究中各水文站平均日降雨量數(shù)據(jù)只取

這四個月數(shù)據(jù)（如表一）。通過將該流域11個水文站數(shù)據(jù)利用arcgis生成泰森多邊形，并轉(zhuǎn)換生成紅水河面雨量柵格數(shù)據(jù)。人口密度數(shù)據(jù)，通過利用鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)劃圖以及搜集到的各鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積和人口數(shù)，將人口數(shù)除以鄉(xiāng)鎮(zhèn)面積并轉(zhuǎn)換得到人口密度圖。6．2制作基本流程首先對淹沒致災(zāi)的各因子進(jìn)行分析，分別計算各影響因素形成洪水淹沒可能性大小的比例，制作成相應(yīng)的柵格圖層；在GIS技術(shù)的支持下，對各柵格圖層重分類后進(jìn)行加權(quán)疊置分析（具體操作流程見圖7），對各影響圖層確定評價系數(shù)以及子類型進(jìn)行打分，得到洪水風(fēng)險等級（如圖8）。圖7：洪水風(fēng)險圖制作流程紅水河流域洪水災(zāi)害風(fēng)險圖評價因子包括地勢高度、土地利用類型、降雨量、人口密度等因素圖8：紅水河流域洪水災(zāi)害風(fēng)險圖7．結(jié)語：本文通過將GIS空間分析方法應(yīng)用在紅水河流域洪水災(zāi)害模擬及損失評估方面，初步得出以下結(jié)論：利用DEM數(shù)據(jù)以及遙感影象數(shù)據(jù)和建筑物屬性數(shù)據(jù)可以真實(shí)的模擬該地區(qū)洪水淹沒真實(shí)場景，對于確定洪水淹沒區(qū)地形起著重要的作用