03

收稿日期

:

2007

2

06

2

21;

修回日期

:

2007

2

07

2

16

作者簡介

:

甘郝新

,

男

,

湖北宜昌人

,

主要從事水利信息化系統設計

、

研發工作。

在防洪減災工作中

,

利用基礎地理信息進行非工程措施

防洪減災一直是一個研究熱點

。

本文借鑒已有研究成果

,

以

數字高程模型

(

D

igital

Elevati

on

Model,

DE

M

)

為基礎

,

結合二

維

GI

S

技術中矢量柵格一體化的空間分析功能

,

設計科學

、

合理的算法

,

進行洪水淹沒范圍的計算

、

模擬

、

預測

。

對于流域內某一特定的防洪區域而言

,

洪水淹沒可能有

2

種形式

,

一是漫堤式淹沒

,

即堤防并沒有潰決

,

而是由于河

流中洪水水位過高

,

超過堤防的高程

,

洪水漫過堤頂進入淹

沒區

;

二是潰口式淹沒

,

即堤防潰決或者開閘泄洪

,

洪水從堤

防決口處或泄洪口流入淹沒區

[

1

]

。

1

洪水淹沒范圍算法分析

洪水淹沒是一個動態而至平衡的過程

。

對于洪水造成

的最終淹沒范圍

,

可以采用

2

種不同的概化模型進行計算

:

其一是基于水位的洪水淹沒范圍計算

。

也就是給定某

一洪水水位

H,

由此推算出洪水的淹沒范圍和水深分布

。其

二是基于水量的洪水淹沒范圍計算

,

即在給定某一洪水水量

Q

的條件下

,

計算相應的洪水淹沒范圍和水深分布

。

在應對非調度洪水災情分析時

,

往往需要利用獲取的淹

沒區洪水水位或水量

,

實時解算洪水的淹沒范圍

。

而對于調

度洪水

,

可以事先根據分洪口位置和分洪區

(

蓄滯洪區

)

地形

特征

,

計算出特定分洪區的洪水淹沒范圍線

(

圖

)

。

一旦洪水

發生或預期發生

,

則可以直接調用相應的洪水淹沒范圍線

(

圖

)

進行查詢

,

必要時進行內插

,

得到相應水位或分洪量對

應的淹沒范圍

,

從而進一步提高防洪減災效率

。

無論基于洪水水位還是水量進行淹沒范圍計算

,

都是以

數字高程模型

(

DE

M

)

數據為基礎的

。數字高程模型是用一

組有序數值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型

。

在地理信息系統中

,

DE

M

最主要的

3

種表示模型是

:

規則矩

形格網

(

Grid

)

模型

、

不規則三角網

(

TI

N

)

模型和等高線模

型

。

由于

Grid

結構的數字高程模型相對簡單

,

以及

Grid

格

網本身對模型概化的優越性

,

在下文設計具體算法時

,

選擇

采用

Grid

模型

。

同時

,

為顧及堤壩的影響

[

3

]

,

需要對

DE

M

數

據預先進行修正

,

將堤壩信息加入

DE

M

中

。

1

.

1

給定洪水水位

(

H

)

條件下的淹沒范圍計算

a)

淹沒區的判決條件

。

對大江河洪水的淹沒分析

,

因為

不考慮洪水行進過程中局部洼地的蓄水影響

,

及將淹沒區水

面近似地看作是

1

個水平面

,

所以給定洪水水位

H,

Grid

格

網單元落在淹沒范圍內的條件可以概括為

:

格網單元高程

值

E

小于給定洪水水位

H;

格網單元彼此連通

,

并且與洪水

入口之間存在通路

。

b)

利用掃描線種子填充算法解算淹沒范圍

.

掃描線種子

填充算法的基本思想是

:

首先“

填充

”

(

即賦予某個特定的屬

性

)

起始種子點所在掃描線上的位于給定區域內的一個“

區

段

”

(

即一條掃描線上相連著的若干滿足給定條件的內部單

元

。

這里所謂條件是

:

E

<

H,

E

為單元點高程

,

H

為單元點對

應水位

)

,

然后確定與這一區段相鄰的上下兩條掃描線上位

于該區段內是否存在需要“

填充

”

的新區段

,

如果存在

,

則依

次把它們保存起來

。

重復這個過程

,

直到所保存的各區段都

“

填充

”

完畢

[

4

]

。

基本流程如圖

1

所示

。

c)

洪水水位

(

H

)

的確定

。

淹沒區洪水水位主要來源于

實測數據

,

包括汛期中一些特定位置點的觀測記錄

,

以及對

大洪水時的航測照片

、

歷史洪水痕跡和有關文獻記載等進行

分析處理而來的數據

,

還可能是經由水文水力學模型推算得

到的數值

(

尤其當洪水水位高于堤防高程發生漫溢時

)

,

甚至

可以由用戶基于試驗目的任意給定

。

1

.

2

給定洪水水量

(

Q

)

條件下的淹沒范圍計算

1

.

2

.

1

利用

“

體積法

”

解算淹沒范圍

對給定洪水水量

(

Q

)

條件下的淹沒分析

,

可考慮采用

“

體積法

”

解算

[

5

]

。

其基本思想是

:

利用經漫堤

、

潰口或泄洪

而流進淹沒區的洪水水量與淹沒范圍內總的水體體積相等

的原理

,

解求洪水的淹沒范圍

。

算法設計上

,

可以上述的給定洪水水位

(

H

)

條件下的淹

沒分析算法作為基礎

,

在不斷給定

H

的條件下

(

即試值迭

代

)

,

求出對應淹沒區洪水容積

V,

及其與水量

Q

的差

,

并借

8

9

人民珠江

PE

ARL

R

I

V

ER

?

2007

年第

6

期

總結

以上是生活随笔為你收集整理的洪水填充算法_基于GIS的洪水淹没范围计算的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網站內容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。