基于GIS的城市雨水径流模拟

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3.1. 1 图形信 息 的整理 对 于图形 信息 可 以利用 C A D 与 G I 间 的数 据导 人 功能 将 C A D 图形 中 的矢 量 数据 导 入 到 G I 中 S S
形成矢量文件.在 C A D 图绘制的过程中, 部分图形不符合导人后的数据要求 , 例如一段完整 的管线在
C A D 如 果是 由两 条线段 连接 而成 的话 , 那么 在导 入 后 就在 矢 量 图层 形 成两 段 独 立 的管 线 , 针 对类 似 的 问题 , 可 以在 C A D 文件 中对 其修改 或在 导人 后利 用 G I 的编辑 功能 修改 . S
的研 究领 域. 目前 G IS 已经 向组 件化 (C o r po nen t G IS ) 网络 化 (W eb G 15 ) 3D G IS 等 方 向发展 ! . n 2, 1.2 SW M M 模型
S W M M 是美 国环 保局 为解决 日益 严重 的城 市 排 水 问题 而 推 出 的 暴 雨径 流 管 理 模 型 , 可 以对 单 场 暴 雨或 者连续 降雨 而 产生 的暴雨 径流进 行动 态模 拟 , SW M M 是一 个 综合 性 的数 学 模 型 , 它 可 以模 拟 完
3 数据的获取与处理
在 SW M M 模型中使用多种类型的对象来 模拟集水区域及其输 送网络 , 主要分为了可以 绘制在地 图中的实体对象和非实体对象 , 实体 数据如汇水 区, 管网 , 泵站等, 非实体对象例如 气候 , 含水层, 控制参数, 污染物等.其 中实体对
可通 过 G I 分析 并 获取 数 据 , 主要 为 排 水 系统 S
随 着计 算机技 术 的发展 , 在城 市水 文 研究 方 面形成 了很 多 模 拟模 型 , 特 别 是 近 年 来 G I 技 术 的 发 S
展很 快 ,将 城 区 流域模 型与 G I 集成 得到 了广 泛 的应 用 , 是 一 个潜力 巨大 的 研究 领域 . 基 于 G I 的城 市 S S 雨洪模 型 的特点 是模 型 可以借 助 G I 强大 的空间 数据 库 管理 功能 及 图形 表现 功 能 , 以及 许多 的空 间分 S 析 工具 , 使模 型 的数据 采集 更为 精确 ,数 据输 人 实现 自动化 , 管理 和 调用方 便 , 同时 使模 型成 果 的表现 更 为直 观 明 了 , 扩展 了模 型的 图形界 面功 能.本 文采用 了城 市 雨洪 管理模 型 ( W M M )结 合 G I 技术 , 通过 S S 对城 市 中雨水 管 网的工作 情况进 行模 拟 , 为雨 水管 网的设 计 和管理 提供 参考.
ຫໍສະໝຸດ Baidu
我 国城 市化发 展速 度 十分迅 猛 , 随着市 区面 积的扩 大 ,大 量 的路 面铺设及 各类 建 筑物 的 建设 导致 了
城 区内不透 水 面积增 加 , 降雨难 以人 渗 ,进 而导致短 期 内地 表 径流加 大 , 如 遇 到 稀 遇降 雨 易 导 致发 生 内 涝 或洪 灾 , 对 城 市 中密集 的人 口与财 产将造 成严 重 的损 失.另 外 , 许 多城 市 的 陈 旧 的排 水 系 统 和落 后 的 管理 体 制 , 也 是造成 城 市雨洪 灾 害的潜 在的 因素. 面对 这样 复 杂 而庞 大 的 系统 , 传 统 的 管理 及 分 析 方 法 难 以实现 准确 的雨 洪预 测和最 优化 的管理 措施 .
第 27 卷 第 3 期 2 009 年 9 月
河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报 JO UR NA L O H BE I INSTITU TE OF AR CH ITECT UR E A N D C IVIL EN G IN EERING F E
V ol.27 N o.3 S ep . 20 09
和 汇水 区.
G I 数据库读取数据 S 据
匕 匣亘}∀
{
写 模拟输出文件 件
3. 1
排 水 系统 的数据 整理 及录 入 在 S W M M 中将排 水 系统 按 照 空 间特 征及
工作 特 点 分 成 了 点和 点 之 间的链 接 两 类 对象 , 创 门 同组 成 了排 水 网络. 针对每 类对 象 , 按 照 共
图1
模拟 过程
模拟需要设计 了其 属性数 据的组成.例 如渠道 (condui 的属性包 括 了名 称(n m e), 上游节点 (i et o a l n node), 下游节点 (outl node), 截面(shape), 水头损失系数 (1 eoeff ei et 055 i ent)等.管渠的原始数据来源主 要为 C A D 文件 , 在 C A D 文件中提取信息可以根据信息的类型和保存方式采用多种途径.
河 北 建 筑 工 程 学 院 学 报
第 27 卷
雨水径流的作用, 所以在分析汇水区划分时以路面和雨水管渠共同组成的雨水系统为对象, 称之为排水 路线.因为雨水管渠一般铺设在路 面下方 ,所 以由路面和雨水管渠共同构成的排水路线在空间上与道路 中心线一致 , 通过将 C A D 数据导人 G I 环境并提取道路及管渠中心线获得其空间分布情况. S 首先 , 排水路线具有坡向, 坡向为排水路线上雨水的实际流动方向, 排水路线坡 向是道路数据或管
的方式 , 将这 些信 息导 入 到数据库 中多数需 要采 用手 工输人 的方 式 , 因为这些 信息 与 图形不相 关联 . 但 是 对部 分靠 近 图形 的标 注或 注释 , 例如标 注在 检查 井旁边 的 井标号 , 可 以在井 点周 围设 置一个 搜
索 范 围 , 在 该 范 围内的 文字信息 将被 读取 并记 录到数 据 库相 应 的字 段 , 可 以节 省 大 量人 力 时 间 , 但 是 也 存在 范 围设置 不 合理 ,读 取错 误 的缺 陷 , 对此 类方 法 的数据 结 果应 仔 细检 查 .根 据情 况 部 分数 据 还可 能
3.1.2
属性信息的整理
另外 一类重 要 的信息 是和 图形信 息相 关 的属性信 息 .属 性信 息 有 多种 , 部分 信 息在 C A D 中是 图形
的一 部分 , 例 如长度 , 面积 , 空 间坐标 等 , 这 些属 性信 息在 道 路 图形 导人 的 过程 被 一 同导 入 , 但 是需 要 注 意 导入 时属性 存放 的位 置应该 与数 据库 设计 的字段 相 一致 .还 有部 分 属性 信 息 是 图形 标 注或 文 字注 释
整 的城市 降雨 径流过 程 , 包括地 面径 流 和排水 系统 中 的水 流 雨洪 的 调蓄 处 理 过程 . 模 型输 出可 以显示 系统 内和受 纳水 体 中各点 的水 流和水 质状 况仁. 3二 S w M M 由 4 个计 算模 块 和 1 个服 务模 块组成 .4 个计 算模 块 分别 为径 流模块 , 输送 模 块 , 扩 充输 送 模块 和储 存/ 处理模 块 ,通 过计 算模 块 的运行 .S W M M 可 以对地 面 径 流 , 排 水 管 网 以 及污 水处 理 单 元 等
基于 G I 的城市雨水径流模拟 S
张海平 郝彩侠 杨 国丽 王 雪峰
河北建筑工程学院城市建设系


城 市化 改 变 了下垫 面 条件 , 对城 市环境 内的 天然水循 环过 程 产生 了多种 影 响 , 特 别是
城 市雨 洪 问题 , 很 好 的认 识 并预 测 此 类 灾 害 具有 重要 的 意 义. 将 雨 洪 管 理 模 型 ( W M M ) 与 S
G I 平 台结合起 来, 利 用 (扛S 的数 据 管理 及信 息展 示功 能为 S W M M 模 拟 提供 数 据 输 入 并 直 S
观表现模拟结果, 结论可为市政雨水管网的设计及城市雨洪控制提供参考. 关键 词 G I ;S W M M ;城 市雨洪 ; 模拟 S
中图分 类号 TU 2
O


线 是 否具有 同一 个端 点.在 排水路 线 没有连 通 的情况 下 , 即使在 空间 上 两条排 水路 线 的端点 重合 , 也要 人为 的偏移 微小距 离 以相互 区别. 如 图 1 所 示 在道 路 交 叉 口处 A B 段 为上 下游 排 水路 线 , 而 C D 段
A 戒 一一
心 宁 A# c 0 D % ∃
1 应用技术简介
1. 1 G IS 技 术
地理 信息 系统 (G eog raph ie In form ation S ystem )技 术是 60 年 代起 源于北 美 的一 门分 析 和处理 地理 数 据信 息 的新 兴 学科 } 二空间 信息 的 查询 与 分析 是 G I 的核心 . 现在 G I 技 术 已被 广泛 的应 用 于能 源 , S S 开 发 资源 清查 区域 规划 环境保 护 军事 治安 邮 电通 讯 工程 建设 等工作 中 , 成 为一 个跨学 科 多方 向
2
G I 与模型的集成 S
G I 与应用模 型结 合 的方式 有 多种 S
, 包括基于数据传输的松散式结合 无缝结合 内嵌式结合等.本 文研 究采 用 了基 于共 同 用户界 面 的方 式 , 通过 在 G I 环境 下 的 二 次开 发 功 能形 成 统 一 的程 序 界 面 , 调 S 用 SW M M 模型计算模块实现模拟 ,G I 与 S W M M 模块 间 的数据 交换 通过 数据 文件实 现. S
收稿 日期 :2009 一 一 06 08
作者 简介 :男 , 197 7 年生 , 讲师 , 张家 口市 , 0 5 02 4 7
基金项 目:河北省教育厅 2007 年科研计划指令性项 目(200 436) 7
第 3期
张海平
郝 彩侠
杨 国丽等
基 于 G I 的城 市雨水 径流模 拟 S
的水量 水质 进行 动态模 拟. 服务模 块 的主要 功能 是进 行一些 计算 后 的处理 , 如统 计 绘 图等. 模拟 的核 心 是利 用 S W M M 中的径流 模块 输送 模块 和储 存 /处 理模 块 依 次 对城 市 排 水 中 的地表 径 流 管 网输 送 和 污水 处理 进行模 拟计 算川.
渠数据采集时的数字化方向, 数字化在导入道路和管渠 中心线数据后以该数据为底图利用 G I 的编辑 S
功 能完 成 的.
另一项在分析 中需要的排水路线特性是其连接性 , 由于路 面和 管渠组成了树状雨水系统 , 各段排水路线的上下游关系明确 , 据此可 以分析出某段排水路线所服务的上游汇水 区域.为了在排水路线 中 定义各段排水路线的连接情况, 在数字化的时候, 要 区分两段排水路
叮 峨 |
D 一
排水方向不 同为独立排水路线 , 所 以在交叉 口处分别数字化 3 个端
点. 图2 排水 路线 的连接 处 理
3.2.2
汇水 区划分
汇水区划分基于数字高程模型 (D i tal Elevati M odel, 缩写 D E M )数据实现, D E M 主要是描述 gi on 区域地貌形态的空间分布 , 它在测绘 水文 气象 通讯 气象 军事等领域有着广泛的应用 , 特别是在水 文分析领域通过 D E M 可以提取大量的地表形态信息, 基于 D E M 提取流域的水文特征也发展 了多种比 较成熟的算法侧川. 利用 目前 G I 领域中基于 D E M 的水文特征提取算法的成果 , 通过对街区 内部 D E M 分块计算流 S 向, 得到汇人各段排水路线的汇水 面积, 并考虑排水路线的链接情况 , 从而获得各段排水路线的服务面
需要 在导 人 的基础 上二 次开 发从 而获 得难 以通过 以上 方 法 获得信 息 , 例 如 汇水 区 域 的特 征 宽度 就需 要
通 过二 次计算 获得 .
3. 2 汇 水 区的数 据 整理及 录入
汇 水 区是城 市雨 洪模 拟 的重要 组 成部分 , 汇水 区 的大小及 形状 直接 影响到 了产流和 汇流 过程 , 从而 对整 个径 流过程 产生 影 响 , 所 以合 理 的划分 汇水 面积并 获取 相关数 据将 提高模 拟成 果 的准确 度. 3.2. 1 排 水路 线 在城 市雨 水 系统 中有路 面及 雨 水管 渠两 个主要 的组 成 邵分 .路 面 承担 着 汇集 两 侧街 区 内地 面径 流 的作用 , 同 时也是 雨 水管线 定线 的基 础 , 而且在 没有铺 设雨 水 管渠 的路段 路面本 身也 承担 着汇 集和 输送
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