基于GIS的泥石流預警系統實現

郭漩

（鄭州大學水利與環境學院，河南 鄭州 450001）

基于GIS的泥石流預警系統實現

郭漩

（鄭州大學水利與環境學院，河南 鄭州 450001）

為加強泥石流災害的監控和預警措施，有效降低災害損失，我們以MapGIS K9作為基礎平臺，采用C/S模式，使用C#語言進行組件式二次開發，建立起泥石流預警安全信息的管理平臺。系統實現了地圖查詢、信息管理以及泥石流的災害預警和基于DEM的受災分析等功能，為地質災害預警提供了更為科學便捷的途徑。

組件式GIS，泥石流，預警系統，DEM

1 引言

近年來我國自然災害頻發，尤其是在2008年汶川地震之后，所造成的泥石流等次生災害嚴重危害著國家和人民的生命財產安全，因此，加強對泥石流的研究和預警顯得尤為重要。我們利用GIS系統強大的空間數據管理、地理分析和空間分析的能力，并結合泥石流預警雨量閾值模型，開發設計出了基于GIS的泥石流預警系統，以期為地質災害預警提供更為科學便捷的途徑。

2 系統總體設計

泥石流預警系統是在Windows7系統上，以MapGIS K9作為二次開發平臺，利用C#語言進行的組件式開發。系統主要由山區基礎地理信息、基礎設施控制和泥石流溝監控三個子系統構成，分為基礎功能模塊、泥石流預警模塊、信息管理模塊以及三維地形模擬模塊，其中泥石流預警、信息管理和三維地形管理為系統的特色功能模塊。系統主界面和總體框架分別如圖1、圖2所示。

圖2 總體框架圖

3 數據庫設計

基于MapGIS K9二次開發平臺的整體架構，泥石流預警系統的數據庫主要分為兩個層次：數據管理層和數據表現層。數據管理通過空間數據庫引擎（SDE）來驅動，實現了對海量多源異構空間數據的高效存儲與索引，主要存儲了空間數據（地理數據）；而數據表現層主要存儲了非空間數據（屬性數據），主要功能是向用戶展示成果數據，支持動態局部刷新，數據視圖和版面視圖的統一管理等。

4 系統核心功能實現

4.1 泥石流預警模塊

4.1.1 泥石流預警閾值

雖然目前我國山區大多數泥石流溝均無降雨和災害資料，但通過分析泥石流預警區的降雨條件、水文特征及下墊面條件，我國提出了基于水力類泥石流啟動機制來計算泥石流預警雨量閾值的方法。主要依據流域地形及松散固體物質等特征，計算該流域泥石流啟動的臨界水深，并結合流域產匯流機制、特征降雨量隨海拔變化規律、暴雨雨型特征，進而計算該流域泥石流預警雨量閾值。該方法解決了缺資料地區泥石流預警報的難題，為山區泥石流預警報提供了一種新的思路。

具體算法如下：I60+Pa=R+Im

其中I60是激發雨量，Pa是前期降雨量，R是徑流深，Im是最大蓄水量，對于一定區域最大蓄水量是固定的，再根據公式:R=3.6BVh/F(B是溝寬，V是流速，h是臨界水深，F是流域面積)計算出徑流深，所以當（I60+Pa）達到（R+Im）時該地區就會發生泥石流。

4.1.2 泥石流預警步驟

對于暴雨型泥石流而言，降雨量和降雨強度是激發泥石流的決定性因素，而當地的固體物質的儲備和分布狀況影響著泥石流災害的強度。該系統充分考慮這些條件，輸入降水量，與通過該區各種指數得到的雨量閥值作比較，為泥石流預警報提供科學的方法。此外系統還可以及時錄入預警信息，與歷史預警信息進行對比，可以更為準確地預測出泥石流災害。功能實現的效果如圖3所示。

表1 地理數據庫

表2 屬性數據庫

圖 3 泥石流預警功能

4.2 信息管理模塊

4.2.1 受災信息管理

系統可以對受災信息進行查詢、錄入和刪除。受災信息包括：受災編號、受災區域名稱、受災時間、受災林地面積、受災耕地面積、受災人數和受災等級等信息。系統通過分析計算可以得出該地區受災等級餅狀圖和柱狀圖，更為直觀地展現出該地區的受災情況。

4.2.2 救援專家小組管理

救援工作中分為救援小組和專家小組，救援小組主要負責災情救援工作，專家小組主要負責災后重建工作。系統對救援小組和專家小組進行管理，及時生成救援專家小組報告，并在地圖圖層上生成安置點，以便于接下來救援重建工作的開展。

4.3 三維平臺模塊

通過將DEM高程數據和TM遙感影像在MapGIS K9 TDE三維平臺上進行疊加建立了該地山區的高程模型。基于面模型進行多層DEM構模，構建出的模型在三維平臺上可以進行路徑漫游、地形計算和地形分析等操作。地形計算包括：計算區域體積、計算兩點長度、計算地形表面積、計算填挖方、計算坡度坡向；地形分析包括：三維點信息、兩點通視分析、地形通視域分析、地形坡面分析和洪水淹沒分析。通過三維模型，系統可以對該地區的地形有一個直觀整體的認知，輔助系統進行泥石流的災害預測。功能實現的效果如圖4所示。

圖 4 三維模擬功能

5 結束語

泥石流預警系統主要服務于各級泥石流安全指揮中心，進行泥石流災害的預警，對預警信息進行科學分析，為最后的泥石流防災救援工作提供理論依據。但本系統的空間數據模型為要素模型，雖然空間特征的存儲、提取、查詢和更新比較方便，但在進行空間分析時較為困難，此外系統中的三維功能主要集中于二維表面地形的分析，并不是真正的三維GIS系統，因此在未來的問題研究和系統升級過程中應著力解決這兩方面的問題，真正有效地保障人民群眾的生產生活安全。

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[4]肖翔，暢益鋒.長江上游滑坡泥石流預警系統建設及運行模式.人民長江，2010，41(13).

TP311.52

A

1671-0037（2014）06-82-2

郭漩（1993-），女，在讀本科。