GIS技術在遼繞保護區洪水風險圖編制中的應用分析

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技術在遼繞保護區洪水風險圖編制中的應用分析

繆 丹

（遼寧省防汛抗旱總指揮部辦公室，遼寧沈陽110003）

摘要：以遼寧省遼繞保護區洪水風險圖編制為依托，較為系統的介紹了GIS技術在洪水風險編制圖工作中的應用流程，主要包括數據收集、信息管理、風險分析及最后的制圖工作，并對GIS技術的優點及應用情況進行了分析。

關鍵詞：GIS技術；洪水風險圖編制；應用分析

洪水風險圖的編制工作結合了當地地理、洪水、社會經濟等信息，通過資料搜集和計算分析，最終用地圖的形式將該地區不同等級的洪水危害表達出來，為相關部門應對洪災提供指導和決策依據。

GIS全稱為地理信息系統，它是利用計算機技術對空間數據進行分析整理，最終將其展現在人們面前。該項技術結合了數據庫、軟件工程、網絡技術等，已成為地理信息調查工作中強有力的工具［1］。

1　GIS技術介紹

GIS技術作為一門新興的空間信息分析技術，除了能夠有效管理空間資源環境信息外，還可以對相關信息和數據進行快速分析和測試，其得到的結果可應用于制定決策、措施評價、險情監測等各種工作中。

實踐證明：GIS技術可以顯著提高相關工作的效率和效益，是解決資源環境等問題的有力技術支持［2］。

目前，GIS技術在農業、林業、資源環境、災害預警和土地管理等方面都得到廣泛應用，不過該技術也存在一定的問題，主要表現在以下幾方面。

（1）對數據質量要求很高。GIS技術主要是根據數據進行計算分析的，所以數據的準確性對結果有著直接影響。此外，要想得出科學的結果，對數據數量的要求也是很大的。在實際應用中，由于數據來源、格式、年代久遠等原因，導致數據的精確性和數量大打折扣。

（2）對使用者的專業素質要求較高。作為一門新興技術，必然對使用者來說是個挑戰。在實際應用中，很多技術人員受專業知識、操作水平等方面的影響，從內心對GIS技術產生抵觸心理，這對進一步擴大該技術產生不良影響。

（3）沒有統一的技術規范。目前，還沒有針對不同專業領域建立相應的GIS技術使用規范，只是在大體上做出了一些泛泛的規定。此外，該技術還沒有和GPS及遙感等技術很好的融合在一起，限制了一些功能［3］。

2　工程概況

遼繞防洪保護區位于遼寧省中部，由遼河右岸和繞陽河左岸之間的廣闊區域組成，遼河右岸上至干流鐵嶺站，下至盤山閘（本次計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。保護區內涉及鐵嶺縣、法庫縣、新民市、遼中縣、臺安縣、盤錦市、盤山縣、黑山縣8個市縣。遼繞防洪保護區行政區劃見圖1。遼繞防洪保護區洪水風險圖編制建設總投資650.92萬元，其中中央投資525.81萬元。

3　GIS技術在洪水風險圖編制中的應用分析

眾所周知，一個流域或區域是有很強的空間特性的。在洪水風險圖編制中，GIS技術可快速有效的對收集到的各種數據進行處理，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技術在洪水風險圖編制中主要有以下工序［4］。

圖1　遼繞防洪保護區行政區劃圖

3.1數據的獲取

在過去，測量得到的數據大部分以紙質形式存儲，而且空間數據和地面信息之間沒有明顯的關聯，所以在利用這些數據時，很多有價值的信息都被忽略了。在該工程中，我們采用的數據采集手段包括常規測量、遙感技術和機載雷達等，最后將采集到的數據有機結合在一起，為之后的工作打下一個良好的基礎。經過統計，遼繞防洪保護區洪水量級見下表1［5］。

3.2基礎信息管理

洪水風險圖的編制工作主要是以眾多數據為依托，包括水文資料、河道斷面和防洪工程數據等，這些數據具有很強的空間屬性，所以需要借助GIS技術對其進行管理。在實際應用中，一般采用矢量獲柵格形式對采集到的數據進行存儲，然后經過后期編程實現其導航、漫游、圖層控制等功能。GIS技術的顯著優勢是將圖形對象和數據庫聯系在一起，使數據形象地被反映在圖形之中［6］。

表1　遼繞防洪保護區洪水量表

3.3洪水風險分析

3.3.1洪水計算模型

（1）建立河道一維和保護區二維非恒定流水動力模型，潰口以堰流方式模擬分洪過程。

（2）考慮保護區內河渠的導水作用，高于地面線狀地物（公路、鐵路，堤防等）的阻水作用。當線狀地物沿程有涵洞時，考慮其過水。當洪水水位到達線狀地物的頂高時，考慮線狀地物兩側的水流交換。

（3）遼繞保護區內有眾多內河、排干，部分河段兩岸堤防，該次風險圖編制，當洪水演進至保護區內的堤防時，不考慮堤防二次潰決，當水位高至堤頂時，洪水以漫溢方式演進至堤防另一側。

該項目選用國家防汛抗旱總指揮部辦公室公布的《重點地區洪水風險圖編制項目軟件名錄》中的“丹麥DHI公司的MIKE11和MIKE21的動態耦合模型”［7］。

3.3.2洪水損失率

洪災損失率的選取與洪災發生區域的淹沒等級、財產類別、成災季節、范圍、洪水預見期、搶救時間、搶救措施等有關。具體見下表2。

表2　洪災損失率情況表

3.4 洪水風險圖的繪制

利用GIS技術，在該項目的基礎地形圖上疊加上相應的防洪工程、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險圖。

此外，利用GIS空間分析技術，通過對保護區內路網結構、節點的綜合分析，建立路網分析計算模型，求解出保護區內需要轉移的人員到安置區最快的轉移路線，或通過咨詢當地有關專家人為指定一些道路作為避洪轉移的路線，并對確定的轉移路線開展現場檢驗核實，確保轉移路線有效、可行，最終確定保護區的避洪轉移安置路線［8］。

3.5所得成果及合理性分析

在該項目中，技術人員通過搜集相關歷史資料及實地調查，將有用的數據整合到GIS系統中，共取得以下幾類成果。

（1）保護區洪水風險圖。利用GIS技術，分析得出不同頻率下保護區的洪水水位：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果減去保護區的高程模型（DEM），便得到了保護區的洪水風險信息。之后將重現期按照由小到大的順序依次采用不同顏色進行渲染，對應著相應頻率的洪水風險信息，這樣就可以得到直觀的洪水風險圖了。

（2）潰壩洪水風險圖。根據制作出的二維水力學模型，結合保護區實際情況進行區域劃分，之后將河堤、公路等標志物剖分為網格來確定計算邊界，在此設定網格尺寸為500m×500m。在二維水力學模型中，將洪水過程作為入流條件，根據地形地貌設定糙率，之后便可運行模型?？梢缘玫矫總€網格的淹沒要素值，繪制出潰壩洪水風險圖。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。

風險圖完成后包含的洪災損失信息非常詳細，包括居民和各類單位企業的財產、主要線路、工業、農業等方面的損失情況，為相關部門估計災害造成的直接和間接經濟損失提供了簡單直觀的參考依據。

此外，在編制風險圖中應用GIS技術，可以充分利用該項目的資金、技術、資料等方面的優勢，大大加快了風險圖的編制進度，而且風險圖的質量也得到相關部門的廣泛認可。

3.6GIS技術的應用問題及應對措施

雖然GIS技術相對于傳統工具有著巨大優勢，但在實際使用GIS技術中，依然普遍存在如下的幾個問題。

（1）缺乏專業的GIS軟件。對于不同的測量任務，需要以GIS技術為基礎定制專業軟件，而這是一項耗時、耗力且投入較大的工作，所以很多方面在使用GIS技術時奉行“拿來主義”，直接造成結果的不準確性。為應對這一問題，可通過加大人才培養、技術培訓及資金投入力度來解決。由于利用GIS技術編制洪水風險圖已經較為成熟，所以該項目直接參考相似工程進行，節約了大量的時間和資金投入。

（2）數據來源與精度限制。GIS技術的應用是在大量數據的基礎上建立的，所以數據的來源和精度成為決定成敗的關鍵因素。隨著科技的發展，近幾年數據采集工作發展迅速，可滿足各類應用，但是之前很長時間的數據幾乎無從查起，這成為了GIS技術應用的最大障礙。為應對這一問題，首先是相關政府部門應建立數據管理中心，做到責任制管理；然后在應用GIS技術時，應為搜集資料工作留有足夠時間，可采用實地調查和走訪等方式去彌補相關資料的不足問題。

4　結語

洪水風險圖的編制對于預防洪水險情，對保障流域內居民的財產安全具有重要意義。而風險圖的編制工作主要依賴于相關資料的搜集，資料準確度越高，編制出的風險圖也就越精確。GIS技術在遼繞防洪保護區洪水風險圖編制中的應用，表現了該項技術的特點及優勢。采用GIS技術編制出的風險圖內容全面，且精確度高，必將在以后類似的工作中得到更加廣泛的應用。

參考文獻

［1］王義成，陸吉康.我國洪水風險圖編制技術標準化的探討［J］.中國水利水電科學研究院學報，2006（03）：35-36.

［2］李汝光，徐駿.GIS技術在水利信息化管理中的應用［J］.常州工學院學報，2011（10）：45-46.

［3］黃合義，姜言涼，等.淺析水利工程施工組織化設計優化［J］.水利規劃與設計，2007（04）：12-13.

［4］王軍，梁忠民，等.基于GIS的水庫洪水風險圖編制［J］.河海大學學報，2010（01）：12-13.

［5］王志豐，季笠.項目風險管理規劃在水利項目管理中的應用［J］.水利規劃與設計，2007（05）：35-36.

［6］王潔，汪林.水資源配置理論與方法探討［J］.水利規劃與設計，2004（01）：12-14.

［7］張旭，萬群志.關于全國推廣洪水風險圖的認識與設想［J］.自然災害學報，2007（11）：23-25.

［8］李永坤，董傳紅.城市洪水風險圖編制技術研究［J］.水科學與工程技術，2011（10）：67-68.

中圖分類號：P208

文獻標識碼：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。