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在汛期中,由于短时期内的暴雨或长时期连续降雨, 形成大量的地表径流, 当水量超过河道宣泄能力时将产生了漫堤、溃堤, 造成了低洼地区大面积积水,大片面积遭受洪水的危害, 使该地区内的所有城镇、工矿企业、农业耕地、交通、通讯设施、学校、医院等被淹没或遭到严重破坏, 从而带来巨大的经济、社会、环境损失。为了防止或减少洪水带来的损失, 在防汛决策指挥系统中, 实时、快速、全面地获取洪水发展趋势及其时空变化的信息, 能准确及时地做出防洪调度决策、进行防灾减灾的重要措施。


系 统 简 介

洪水演进模型运用地理信息系统技术对洪水淹没范围进行三维模拟,并直观全面的展示洪水的动态演进与水位变化过程。模型计算的理论基础主要是根据水力学的平面二维非恒定流圣维南方程,运用组件进行封装实现。模型可视化部分完全架构于ArcGIS组件平台上,将模型组件和地理信息系统平台组件库无缝结合,输出洪水淹没数据集,对某一时刻的水面线、过程线和淹没的面积进行实时的查询,对淹没三维可视化效果进行颜色渲染,最终在地形数据基础上,形成洪水的动态演进过程。结合具体专题信息,例如人口、工矿企业、农作物、道路等分布,可进行相应的灾害评估与迁安路径分析。
系 统 创 新

    主要有以下技术创新点:
  1. 地理信息系统平台与水力学模型的无缝结合应用
    对水力学的平面二维非恒定流数学模型的求解方法,利用当代计算机主流COM技术进行封装实现,并提供对外接口,同时结合ArcGIS地理信息平台的二次开发环境组件库,在分洪区的DEM数据基础之上,求解分洪区内任意场洪水在任意时刻的淹没范围与淹没水深值。

  2. 对洪水演进模型平面二维非恒定流数学模型的简化计算
    在洪水模拟中水力学方程有时存在水量不平衡和水量分布不合理的现象, 且模型运行时间较长,不宜实时得到计算成果。在研究中提出简化圣维南方程计算方法-将连续性方程简化为水量平衡方程, 运动方程简化为蓄量方程, 方法简单, 求解简便, 并易与GIS技术相结合。

  3. 整个分洪区内的三维地形表现
    对提供的分洪区基础地形数据,进行空间数据的采样与建模,利用矢量栅格化技术,输出DEM数据集;并在此基础上叠加高分辨率卫星遥感影像及居民地人口分布、交通道路网分布、经济综合图等专题信息,真实再现了研究区域地三维地形地貌及社会经济要素地分布,并能够在此基础上进行进一步的灾情评估与迁安路径分析工作。

  4. 洪水淹没模型三维可视化及洪水演进过程的动态表现。
    在进行模型设计时,考虑到最终模型与地理信息平台的结合及三维可视化表达,将模型计算数据结果的数据结构与目前通用DEM数据结构保持一致,并可以在此基础上运用地理信息平台,进行色彩渲染和不同手法的三维表现;同时,采用ArcGIS的三维可视化动画技术,为了实时、快速、全面的动态演示洪水的发展趋势及时空变化提供依据。

  5. 洪水淹没模型最终成果avi视屏动画采取了esri公司提供的动画制作功能,根据DEM数字高程文件信息、计算出的洪水状况数据和实际的地区分配状况,进行相应的模拟,采取图层叠加的方式,最终生成直观avi视屏模拟洪水演进状况过程

应 用 案 例

广东省基于GIS的洪水淹没模拟研究

在防洪调度中,分析处理防汛信息分秒必争,调度决策要求迅速准确。三维洪水模拟能直观、全面地展示洪水的演进及其变化。灾害评估为防洪调度决策提供依据,其分为灾前评估、灾中评估和灾后评估。灾前评估主要是估算不同重现期洪水的淹没范围,超前预估洪水灾害发生时可能的强度和经济损失。灾中评估主要是在实际洪水发生过程中,根据预报和调度结果以及洪水淹没的遥感影像图,快速判断洪水的影响范围、受灾人口数、人口迁移、淹没损失等,以便及时采取减灾救灾措施和对策,安排灾后生产生活恢复。在实时防洪调度方案前,应用灾害评估子系统对防洪调度方案仿真,使防洪调度决策科学化。

本项目采用目前GIS发展较为成熟的数字高程模型技术进行三维建模、利用先进的软件开发平台(ArcGIS)和二次开发语言(ArcObjects)进行相关功能模块开发,最终将洪水模拟成果输出成视频AVI文件。实现受灾范围研究的可能。利用社会经济资料、灾情评估模型实现灾情评估可进一步对淹没区内经济损失作出评估。



 

 

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