洪水实验报告

华北水利水电大学
GIS与灾害评价
结课报告
题目：GIS洪水淹没模拟及在灾害
评估中的应用
专业：地理信息系统
姓名：xxx
学号：xxxxxxxx
指导教师：xxx
时间：2014/10/21
前言
我国是一个洪水灾害频发而严重的国家，自古以来，人民在社会经济生活中就离不开抗洪救灾以争取生存和发展。

由于洪水具有不确定性、突发性、区域性等特点，要及时迅速了解洪水的发展态势，全面掌握灾情进展，准确评估洪水灾害损失等，仅仅依靠通讯与地面交通工具是难以实现的。

而现代遥感、GIS和数据库技术，以及数值模拟、数学模型等科技成就的发展为洪水灾害的调查、计算、模拟、分析、评估和防治提供了崭新的手段。

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）。

关键字：GIS 洪水淹没三维建模红水河流域
1.1背景
近几年来，将GIS技术与水动力模型相结合，根据数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)提供的三维数据来预测、模拟显示洪水淹没区，并进行洪水灾害评估，已成为GIS应用和水利部门的一个非常活跃的研究课题。

在GIS和空间数据库支持下的基于GIS的洪水淹没灾害损失评估不完全依赖于灾害统计数据，而是充分利用洪水灾害的自然特征和社会经济指标，运用信息提取、空间分析和数学模型等方法，获取洪水灾害程度的空间分布结果，从而使洪水淹没灾害评估的空间信息更为详尽。

1.2研究区域简介
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）。

1.3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：
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
水文数据：
各子流域水文站获取的降雨量数据
其中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。

1.4三维场景建模
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google sketchup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。

具体流程如图1所示：
图1 三维建模流程
场景效果截图2所示：
图2 三维场景模型截图
1.5 基于GIS的洪水淹没范围计算
洪水淹没范围计算分析是洪水灾害损失评估的前提和基础。

它根据红水河流域中的整个龙滩流域及其六个子流域实际、预报、设计和历史等情况，配合大比例尺的数字化地图，利用淹没范围模拟算法计算洪水淹没范围，并动态显示洪水淹没的演进过程和区域，为后续进行的洪水灾害损失评估提供淹没深度和面积等重要的实时数据信息。

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model builder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model builder模型
1.5.1 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
1.5.2有源淹没分析
水流受到地表起伏特征的影响，在这种情况下，即使在低洼处，也可能由于地形的阻挡而不会被淹没。

造成的淹没原因除了自然降水外，还包括上游来水、洼地溢出水等。

面积计算稍微有点复杂，它是在无源淹没的基础上，考虑到连通要求的淹没面积的计算。

本文介绍的是用人为的方法确定符合连通条件的区域，
将其取出，并计算出它的面积。

具体做法是把决堤口定为源头，在转换生成的Raster中寻找与源头连通的区域。

将所有 Raster的值为 1的区域进行累加计算，得出淹没区的面积。

1.6洪水灾害风险图制作
洪水风险图是以图的形式直观反映洪水威胁区域发生某一频率洪水后，可能淹没的范围、水深等洪水要素以及不同量级洪水可能造成的灾害风险和对社会经济的损害程度的工具。

根据该图并结合影响区域内社会经济发展状况，合理制定防洪指挥方案，合理评价各项防洪措施的经济效益，合理估计洪灾损失，为防洪保险提供依据。

本文研究的风险是一种相对的概念，即不同区域之间风险大小的相对比较。

在 GIS的支持下，利用洪水淹没计算得到的淹没范围、淹没水深，与各种专题图层（包括行政区划、土地利用、居民点分布、人口分布、重要地物分布、交通线路等）进行拓扑叠加和空间分析（空间查询、网络分析等），即可生成有关专题淹没图件，包括重要设施淹没图、抢险迁安路线图等。

如进一步关联背景数据库中的社会经济信息，并结合相关数学模型，可统计由洪水淹没造成的灾害损失。

制作基本流程如图4所示：
图4 洪水风险图制作流程
红水河流域洪水灾害风险图如图5所示：
图5 红水河流域洪水灾害风险图
1.7结束语
本实验以红水河流域中的整个龙滩流域及其六个子流域为试验区，借助GIS 分析了在洪水淹没灾害评估系统中洪水淹没范围模拟，并动态显示淹没的演进过程，从而提高了洪水淹没范围计算分析的时效性和准确性。

在洪水淹没范围区域分布的基础上，利用数字高程模型DEM，结合GIS的空间分析功能，模拟计算出红水河流域洪泛区域内的淹没水深深度，为洪水灾害淹没损失评估提供重要的相关参数信息，从而提高了洪水灾害评估的精度和效率。