GIS技術(shù)在遼繞保護(hù)區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制中的應(yīng)用分析

繆 丹

（遼寧省防汛抗旱總指揮部辦公室，遼寧沈陽110003）

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GIS技術(shù)在遼繞保護(hù)區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制中的應(yīng)用分析

繆 丹

（遼寧省防汛抗旱總指揮部辦公室，遼寧沈陽110003）

摘要：以遼寧省遼繞保護(hù)區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制為依托，較為系統(tǒng)的介紹了GIS技術(shù)在洪水風(fēng)險(xiǎn)編制圖工作中的應(yīng)用流程，主要包括數(shù)據(jù)收集、信息管理、風(fēng)險(xiǎn)分析及最后的制圖工作，并對GIS技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用情況進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：GIS技術(shù)；洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制；應(yīng)用分析

洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的編制工作結(jié)合了當(dāng)?shù)氐乩?、洪水、社會?jīng)濟(jì)等信息，通過資料搜集和計(jì)算分析，最終用地圖的形式將該地區(qū)不同等級的洪水危害表達(dá)出來，為相關(guān)部門應(yīng)對洪災(zāi)提供指導(dǎo)和決策依據(jù)。

GIS全稱為地理信息系統(tǒng)，它是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，最終將其展現(xiàn)在人們面前。該項(xiàng)技術(shù)結(jié)合了數(shù)據(jù)庫、軟件工程、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，已成為地理信息調(diào)查工作中強(qiáng)有力的工具［1］。

1　GIS技術(shù)介紹

GIS技術(shù)作為一門新興的空間信息分析技術(shù)，除了能夠有效管理空間資源環(huán)境信息外，還可以對相關(guān)信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析和測試，其得到的結(jié)果可應(yīng)用于制定決策、措施評價(jià)、險(xiǎn)情監(jiān)測等各種工作中。

實(shí)踐證明：GIS技術(shù)可以顯著提高相關(guān)工作的效率和效益，是解決資源環(huán)境等問題的有力技術(shù)支持［2］。

目前，GIS技術(shù)在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、資源環(huán)境、災(zāi)害預(yù)警和土地管理等方面都得到廣泛應(yīng)用，不過該技術(shù)也存在一定的問題，主要表現(xiàn)在以下幾方面。

（1）對數(shù)據(jù)質(zhì)量要求很高。GIS技術(shù)主要是根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算分析的，所以數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性對結(jié)果有著直接影響。此外，要想得出科學(xué)的結(jié)果，對數(shù)據(jù)數(shù)量的要求也是很大的。在實(shí)際應(yīng)用中，由于數(shù)據(jù)來源、格式、年代久遠(yuǎn)等原因，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的精確性和數(shù)量大打折扣。

（2）對使用者的專業(yè)素質(zhì)要求較高。作為一門新興技術(shù)，必然對使用者來說是個(gè)挑戰(zhàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，很多技術(shù)人員受專業(yè)知識、操作水平等方面的影響，從內(nèi)心對GIS技術(shù)產(chǎn)生抵觸心理，這對進(jìn)一步擴(kuò)大該技術(shù)產(chǎn)生不良影響。

（3）沒有統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范。目前，還沒有針對不同專業(yè)領(lǐng)域建立相應(yīng)的GIS技術(shù)使用規(guī)范，只是在大體上做出了一些泛泛的規(guī)定。此外，該技術(shù)還沒有和GPS及遙感等技術(shù)很好的融合在一起，限制了一些功能［3］。

2　工程概況

遼繞防洪保護(hù)區(qū)位于遼寧省中部，由遼河右岸和繞陽河左岸之間的廣闊區(qū)域組成，遼河右岸上至干流鐵嶺站，下至盤山閘（本次計(jì)算范圍至繞陽河河口），繞陽河左岸上至沈山鐵路橋，下至繞陽河入遼河口處，面積約2363km2。保護(hù)區(qū)內(nèi)涉及鐵嶺縣、法庫縣、新民市、遼中縣、臺安縣、盤錦市、盤山縣、黑山縣8個(gè)市縣。遼繞防洪保護(hù)區(qū)行政區(qū)劃見圖1。遼繞防洪保護(hù)區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制建設(shè)總投資650.92萬元，其中中央投資525.81萬元。

3　GIS技術(shù)在洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制中的應(yīng)用分析

眾所周知，一個(gè)流域或區(qū)域是有很強(qiáng)的空間特性的。在洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制中，GIS技術(shù)可快速有效的對收集到的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，大大簡化人工操作。此外，也使得地理信息的獲取和更新變得更加容易。GIS技術(shù)在洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制中主要有以下工序［4］。

圖1　遼繞防洪保護(hù)區(qū)行政區(qū)劃圖

3.1數(shù)據(jù)的獲取

在過去，測量得到的數(shù)據(jù)大部分以紙質(zhì)形式存儲，而且空間數(shù)據(jù)和地面信息之間沒有明顯的關(guān)聯(lián)，所以在利用這些數(shù)據(jù)時(shí)，很多有價(jià)值的信息都被忽略了。在該工程中，我們采用的數(shù)據(jù)采集手段包括常規(guī)測量、遙感技術(shù)和機(jī)載雷達(dá)等，最后將采集到的數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合在一起，為之后的工作打下一個(gè)良好的基礎(chǔ)。經(jīng)過統(tǒng)計(jì)，遼繞防洪保護(hù)區(qū)洪水量級見下表1［5］。

3.2基礎(chǔ)信息管理

洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的編制工作主要是以眾多數(shù)據(jù)為依托，包括水文資料、河道斷面和防洪工程數(shù)據(jù)等，這些數(shù)據(jù)具有很強(qiáng)的空間屬性，所以需要借助GIS技術(shù)對其進(jìn)行管理。在實(shí)際應(yīng)用中，一般采用矢量獲柵格形式對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，然后經(jīng)過后期編程實(shí)現(xiàn)其導(dǎo)航、漫游、圖層控制等功能。GIS技術(shù)的顯著優(yōu)勢是將圖形對象和數(shù)據(jù)庫聯(lián)系在一起，使數(shù)據(jù)形象地被反映在圖形之中［6］。

表1　遼繞防洪保護(hù)區(qū)洪水量表

3.3洪水風(fēng)險(xiǎn)分析

3.3.1洪水計(jì)算模型

（1）建立河道一維和保護(hù)區(qū)二維非恒定流水動(dòng)力模型，潰口以堰流方式模擬分洪過程。

（2）考慮保護(hù)區(qū)內(nèi)河渠的導(dǎo)水作用，高于地面線狀地物（公路、鐵路，堤防等）的阻水作用。當(dāng)線狀地物沿程有涵洞時(shí)，考慮其過水。當(dāng)洪水水位到達(dá)線狀地物的頂高時(shí)，考慮線狀地物兩側(cè)的水流交換。

（3）遼繞保護(hù)區(qū)內(nèi)有眾多內(nèi)河、排干，部分河段兩岸堤防，該次風(fēng)險(xiǎn)圖編制，當(dāng)洪水演進(jìn)至保護(hù)區(qū)內(nèi)的堤防時(shí)，不考慮堤防二次潰決，當(dāng)水位高至堤頂時(shí)，洪水以漫溢方式演進(jìn)至堤防另一側(cè)。

該項(xiàng)目選用國家防汛抗旱總指揮部辦公室公布的《重點(diǎn)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制項(xiàng)目軟件名錄》中的“丹麥DHI公司的MIKE11和MIKE21的動(dòng)態(tài)耦合模型”［7］。

3.3.2洪水損失率

洪災(zāi)損失率的選取與洪災(zāi)發(fā)生區(qū)域的淹沒等級、財(cái)產(chǎn)類別、成災(zāi)季節(jié)、范圍、洪水預(yù)見期、搶救時(shí)間、搶救措施等有關(guān)。具體見下表2。

表2　洪災(zāi)損失率情況表

3.4 洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的繪制

利用GIS技術(shù)，在該項(xiàng)目的基礎(chǔ)地形圖上疊加上相應(yīng)的防洪工程、潰口位置、洪水淹沒位置及水深等信息，這就可以制作成為一張包含各種信息的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。

此外，利用GIS空間分析技術(shù)，通過對保護(hù)區(qū)內(nèi)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、節(jié)點(diǎn)的綜合分析，建立路網(wǎng)分析計(jì)算模型，求解出保護(hù)區(qū)內(nèi)需要轉(zhuǎn)移的人員到安置區(qū)最快的轉(zhuǎn)移路線，或通過咨詢當(dāng)?shù)赜嘘P(guān)專家人為指定一些道路作為避洪轉(zhuǎn)移的路線，并對確定的轉(zhuǎn)移路線開展現(xiàn)場檢驗(yàn)核實(shí)，確保轉(zhuǎn)移路線有效、可行，最終確定保護(hù)區(qū)的避洪轉(zhuǎn)移安置路線［8］。

3.5所得成果及合理性分析

在該項(xiàng)目中，技術(shù)人員通過搜集相關(guān)歷史資料及實(shí)地調(diào)查，將有用的數(shù)據(jù)整合到GIS系統(tǒng)中，共取得以下幾類成果。

（1）保護(hù)區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。利用GIS技術(shù)，分析得出不同頻率下保護(hù)區(qū)的洪水水位：50年一遇的最高水位為32.12m；100年一遇的最高水位為32.98m；1000年一遇的最高水位為33.41m。將這些洪水頻率分析結(jié)果減去保護(hù)區(qū)的高程模型（DEM），便得到了保護(hù)區(qū)的洪水風(fēng)險(xiǎn)信息。之后將重現(xiàn)期按照由小到大的順序依次采用不同顏色進(jìn)行渲染，對應(yīng)著相應(yīng)頻率的洪水風(fēng)險(xiǎn)信息，這樣就可以得到直觀的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖了。

（2）潰壩洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。根據(jù)制作出的二維水力學(xué)模型，結(jié)合保護(hù)區(qū)實(shí)際情況進(jìn)行區(qū)域劃分，之后將河堤、公路等標(biāo)志物剖分為網(wǎng)格來確定計(jì)算邊界，在此設(shè)定網(wǎng)格尺寸為500m×500m。在二維水力學(xué)模型中，將洪水過程作為入流條件，根據(jù)地形地貌設(shè)定糙率，之后便可運(yùn)行模型?？梢缘玫矫總€(gè)網(wǎng)格的淹沒要素值，繪制出潰壩洪水風(fēng)險(xiǎn)圖。此外還可以得到最大水深分布圖、淹沒范圍圖及最大流速圖等等。

風(fēng)險(xiǎn)圖完成后包含的洪災(zāi)損失信息非常詳細(xì)，包括居民和各類單位企業(yè)的財(cái)產(chǎn)、主要線路、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等方面的損失情況，為相關(guān)部門估計(jì)災(zāi)害造成的直接和間接經(jīng)濟(jì)損失提供了簡單直觀的參考依據(jù)。

此外，在編制風(fēng)險(xiǎn)圖中應(yīng)用GIS技術(shù)，可以充分利用該項(xiàng)目的資金、技術(shù)、資料等方面的優(yōu)勢，大大加快了風(fēng)險(xiǎn)圖的編制進(jìn)度，而且風(fēng)險(xiǎn)圖的質(zhì)量也得到相關(guān)部門的廣泛認(rèn)可。

3.6GIS技術(shù)的應(yīng)用問題及應(yīng)對措施

雖然GIS技術(shù)相對于傳統(tǒng)工具有著巨大優(yōu)勢，但在實(shí)際使用GIS技術(shù)中，依然普遍存在如下的幾個(gè)問題。

（1）缺乏專業(yè)的GIS軟件。對于不同的測量任務(wù)，需要以GIS技術(shù)為基礎(chǔ)定制專業(yè)軟件，而這是一項(xiàng)耗時(shí)、耗力且投入較大的工作，所以很多方面在使用GIS技術(shù)時(shí)奉行“拿來主義”，直接造成結(jié)果的不準(zhǔn)確性。為應(yīng)對這一問題，可通過加大人才培養(yǎng)、技術(shù)培訓(xùn)及資金投入力度來解決。由于利用GIS技術(shù)編制洪水風(fēng)險(xiǎn)圖已經(jīng)較為成熟，所以該項(xiàng)目直接參考相似工程進(jìn)行，節(jié)約了大量的時(shí)間和資金投入。

（2）數(shù)據(jù)來源與精度限制。GIS技術(shù)的應(yīng)用是在大量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上建立的，所以數(shù)據(jù)的來源和精度成為決定成敗的關(guān)鍵因素。隨著科技的發(fā)展，近幾年數(shù)據(jù)采集工作發(fā)展迅速，可滿足各類應(yīng)用，但是之前很長時(shí)間的數(shù)據(jù)幾乎無從查起，這成為了GIS技術(shù)應(yīng)用的最大障礙。為應(yīng)對這一問題，首先是相關(guān)政府部門應(yīng)建立數(shù)據(jù)管理中心，做到責(zé)任制管理；然后在應(yīng)用GIS技術(shù)時(shí)，應(yīng)為搜集資料工作留有足夠時(shí)間，可采用實(shí)地調(diào)查和走訪等方式去彌補(bǔ)相關(guān)資料的不足問題。

4　結(jié)語

洪水風(fēng)險(xiǎn)圖的編制對于預(yù)防洪水險(xiǎn)情，對保障流域內(nèi)居民的財(cái)產(chǎn)安全具有重要意義。而風(fēng)險(xiǎn)圖的編制工作主要依賴于相關(guān)資料的搜集，資料準(zhǔn)確度越高，編制出的風(fēng)險(xiǎn)圖也就越精確。GIS技術(shù)在遼繞防洪保護(hù)區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)圖編制中的應(yīng)用，表現(xiàn)了該項(xiàng)技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢。采用GIS技術(shù)編制出的風(fēng)險(xiǎn)圖內(nèi)容全面，且精確度高，必將在以后類似的工作中得到更加廣泛的應(yīng)用。

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中圖分類號：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1008-1305（2016）01-0037-03

DOI：10.3969 /j.issn.1008-1305.2016.01.0012

收稿日期：2015-07-01

作者簡介：繆 丹（1981年—），女，碩士，工程師。