高精度DEM在邕江水位提升對城區內澇影響評估中的應用

漆小英，晏明星

(南寧市勘察測繪地理信息院，廣西 南寧 530001)

高精度DEM在邕江水位提升對城區內澇影響評估中的應用

漆小英*，晏明星

(南寧市勘察測繪地理信息院，廣西 南寧 530001)

邕江，是珠江流域西江支流郁江自西向東流經南寧市及邕寧區河段的別稱，水位一旦提升，沿江的南寧市城區勢必受到內澇甚至淹沒的威脅。因此，洪水淹沒分析對南寧市城區的防洪排澇、內澇影響評估都具有重要意義。在給定洪水水位條件下，應用數字高程模型(DEM)和城市地下排水管網數據，利用GIS空間分析技術，得出城區淹沒和內澇及排水管道倒灌出流的分析結果，為政府的排水防澇整改計劃提供輔助決策。根據分析結果制作出專題內澇數字地圖，可以為南寧市城區防澇減災及區域可持續發展提供參考依據。

DEM；洪水淹沒；內澇分析；GIS空間分析

1 引 言

近年，廣西壯族自治區提出打造西江“億噸黃金水道”的重大戰略決策，計劃投入逾百億元，改善內河基礎設施，使西江運輸的貨物年吞吐能力達到1億噸以上，讓西江這條“黃金水道”成為推動珠三角西岸城市群一體化發展的重要通道。

邕江流域上現存的西津梯級樞紐當時建成后，為避免淹沒較多地區，大壩水位一直不高，導致邕江南寧市中心區段多年各月平均水位均不足 62 m，部分河道水深不足 2 m，不能滿足“三級航道水深至少 2 m”的要求，不利于航運和城市的發展。邕江斷面為典型河沿下切斷面，常水位連景觀水位的要求都未能滿足，這種天然資源未能充分利用，通過學習總結桂林、柳州的經驗，研究利用梯級樞紐提高水位，進一步打造“水城南寧”。

但當邕江水位提升之后，沿江的城區勢必受到嚴重內澇甚至淹沒的威脅，為了避免這些危險的發生，應用先進、科學的GIS空間分析技術，對邕江水位提升至不同水位程度時對城區產生的內澇影響的分析評估工作十分重要，它是打造西江“億噸黃金水道”這項重大戰略決策的可行性研究工作的重要組成部分，直接關系到該項決策成功、科學的實施。

2 研究區及數據源

邕江沿岸的南寧市地處東南沿海山地平原過渡帶，四周群山環繞，中部構成“南寧盆地”，最高點標高約 143 m，最低標高約 66 m，高差 77 m。這個盆地向東開口，南、北、西三面均為山地丘陵圍繞。盆地中央成為各河流集中地點，右江從西北來，左江從西南來，良鳳江從南來，心圩江從北來，組成向心水系。主干流為邕江，河道全長 78 km，另外還有18條比較大的支流(南寧市內河)，邕江洪水特性與暴雨特性、流域特性密切相關，具有峰高、量大、歷時長的特點。年最高水位多發生在7月下旬～8月份，其發生頻率高達40%。

本文采用研究區域內1∶500比例尺地形圖和城市地下排水管網為數據源，對于研究區內的一些重點區域加測高程點和特征線以保證分析模型的精度要求。

3 技術路線及方法

3.1 技術路線

數字高程模型洪水淹沒仿真分析總體技術路線是：圍繞快速、準確提取出城區內澇范圍及出現洪水倒灌需進行改造完善的排水設施的目標和任務，充分利用現有最新的基礎地理數據及排水管網、排水設施數據，在重點區域高程加密基礎上，通過GIS空間分析和疊置分析得出洪水淹沒范圍及需要改造的排水管網及排水設施。具體的技術流程如圖1所示。

圖1 技術路線

3.2 技術方法

利用大比例尺地形圖中的高程信息及重點區域補測的高程點信息，制作高精度數字高程模型(DEM)如圖1所示，通過GIS軟件在給定的水位條件下，針對地形數據進行淹沒仿真分析，將分析結果以矢量區域的方式輸出，對結果地物多邊形與高程多邊形進行疊置，提取土地使用為住宅和高程低于洪水水位的多邊形，通過數據分析計算出淹沒范圍；再結合地下排水管網數據進行管道倒灌分析，將排放口低于洪水水位和管高低于水位的排水管線提出來，分析計算出需要改造的排水管道和閘門、閥門等排水設施。

(1)數字高程模型(DEM)制作

高程、特征信息提取：利用AutoCAD平臺，通過編輯程序及人機結合的方式提取 1∶500大比例尺數字化地形圖上高程點、等高線信息以及河流和湖泊、山脊山谷線、斷裂線等地形特征點、線等數據。

檢查空值區域并補測高程點：對于部分高程點和等高線存在高程值空漏或偏差太大的現象，我們根據地形圖原始記錄文檔，賦以其正確的高程值。對于確實存在高程值缺漏或高程點密度不夠的情況以及研究區內一些重要的關注點，采用實地補測的方式對研究區內的高程點進行加密，以保證制作的DEM成果的精度和準確性。

建立高程數據庫：對高程信息進行格式轉換、坐標系統的變換等數據處理，將各塊數據進行接邊、合并建立高程數據庫。

構TIN：構TIN前先利用軟件對地形信息數據進行預處理：檢查有無隱藏的高程粗差；對同一條等高線上采樣間距過大的高程點列進行內插加密處理，避免出現三角形跨越等高線；對山頭或凹地無高程點的閉合等高線，狹長而坡緩的谷底，無高程點的埡口等處，由軟件自動內插特征點或特征線，用于構TIN，避免出現不合理的“平三角形”。構TIN的時候，檢查其合理性，并作優化處理：將TIN三角網與等高線以不同顏色疊合顯示作屏幕檢查；將“平三角形”區域用顏色分級顯示；對不合理的平三角形內部進行加高程點編輯，然后再重構TIN；對跨越中間等高線而構成的非等坡三角形進行檢查與加點處理。

內插DEM與DEM編輯： 在GIS軟件里輸入格網間距，內插DEM，同時用內插的DEM反生成等高線，使之與原始等高線按不同色疊合顯示，檢查同名等高線的偏離值，對超出限差的區域進行加點處理，得出準確無誤的高精度DEM，如圖2所示。

圖2 高精度數字高程模型(DEM)

(2)淹沒分析

在ArcGIS、GLOAL MAPER平臺上，基于大比例尺高精度數字高程模型DEM數據和排水管網、排水設施數據對給定的不同水位條件下進行淹沒仿真分析，輸出不同水位條件下矢量淹沒區域。采用DEM淹沒分析得出的淹沒區域是因地勢低于給定水位會被淹沒的地區，也就是當水位抬升時常年內澇積水區。

(3)疊置分析

將淹沒區域與地形庫中的住宅等建筑物多邊形疊加，得出不同水位條件下出現淹沒、內澇現象的住宅和其他城區淹沒范圍。再將淹沒區域與排水管網、排水設施數據進行疊加，可以快速得出哪些排水管道會出現河水倒灌現象以及因河水倒灌而出現城區內澇的路段及范圍、哪些重點區域和重點排水設施會受到影響。

4 淹沒分析技術在研究區中的應用

將上述洪水淹沒技術應用到邕江水位提升對城區內澇影響評估中，分析得出邕江水位從 67 m提升至 71 m水位條件下，受影響排水管網的位置、數量以及城區被淹沒和出現內澇情況的路段及范圍以及隨著水位的不斷提升，受影響排水管網數量的不斷增加以及城區被淹沒和出現內澇情況的路段及范圍的不斷擴大的動態過程，如圖3所示。

圖3 水位從 67 m提升至 71 m排水管網倒灌和城區內澇情況對比

(1)水位從 67 m提升至 71 m過程中，城區內澇及排水管網倒灌情況對比分析

當水位從 67 m提升至 68 m時，市區少量低洼區出現內澇，主要是心圩江、良鳳江、邕江、竹排沖等內河河面水域外擴而淹沒的河邊低洼地，淹沒面積由 1.2 km2增至 2.7 km2。受影響的排水管網由37條增至143條，受影響路段長達 9.8 km，在雨季容易出現內澇現象的易澇區域增至 3.4 km2，主要分布在南湖西岸，東葛路近一半路段，沿朝陽溪至中華路段，亭江路周邊區域和大學東路一小片區域。

當水位由 68 m提升至 71 m時，市區較多低洼區出現內澇，包括五一路周邊、星光大道、東葛路、長湖路、人民路、園湖路低洼處等地受淹，相比 68 m水位時總淹沒面積增加了 9.1 km2。同時有千余條排水管道受影響，建成區內大部分主干道都受到不同程度的影響，江南沿江片區、竹溪片區、南湖片區、東葛片區等眾多片區都會出現內澇現象。

從上述不同水位下排水管網倒灌和城區內澇分析結果圖可以看出，隨著水位的不斷上升，受浸泡路段的數量、倒灌管線條數及易澇區域面積增加速度越來越大，而且當水位從 67 m上升至 68 m過程中，受浸泡路段的數量變化較小，回涌管道數量增加速度也不大。但當水位從 67 m上升至 70 m時，回涌管線數量大幅增加，由338條整加至792條。

(2)水位從 67 m提升至 71 m過程中，重點區域受影響情況對比水位從 67 m提升至 71 m過程中，民歌湖廣場淹沒情況動態變化，如圖4所示。

從上圖可以看出，當水位抬至 68 m時，民歌廣場附近積水范圍很少，不會影響到民歌廣場的正常使用，但當水位提升至 69 m時，民歌廣場附近積水面積大幅增加至 42 800 m2，隨著水位的逐漸提升，廣場附近淹沒面積不斷增大。

水位從 67 m提升至 71 m過程中，南湖周邊排水管道受影響情況動態變化，如圖5所示。

圖4 民歌湖廣場淹沒情況動態變化

圖5 南湖周邊排水管道倒灌情況動態變化

從圖5可以看出，隨著水位的不斷提升，南湖周邊出現倒灌現象(標紅的管段)的排水管網逐漸增多，受影響的排水設施數量也逐漸升級。

5 結果分析

對上述不同水位條件下邕江沿岸受淹范圍和城區內澇程度數字圖進行對比可以看出，DEM洪水淹沒技術可以快速、科學地模擬、預測和顯示洪水淹沒范圍、城區內澇影響程度，為洪水風險圖制作、防洪指揮調度和洪澇災害的損失評估提供準確的評判依據，對防洪減災具有重要意義。

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The Application of the High Precision DEM in the Assessment about Raising Yongjiang River Water Level Impact Waterlogging in Urban Areas

Qi Xiaoying，Yan Mingxing

(Nanning Exploration & Survey Geoinformation Institute，Nanning 530022，China)

Yongjiang River，is another name of Yujiang River River flows through the Nanning City and Yongning District from west to east，，once the water level upgraded，urban district along the river will to be submerged or even submerged threat. Therefore，flood analysis is of great significance to the assessment of flood control and waterlogging in Nanning. Based on DEM and data of urban underground pipe network，the results of analysis of submergence and waterlogging in urban area and the outflow of drainage pipeline are obtained by using GIS spatial analysis technology. Waterlogging rectification plan to provide supplementary decision-making. According to the results of the analysis，a digital map of special waterlogging can be produced，which can provide reference for the prevention of waterlogging disaster and regional sustainable development in Nanning.

DEM；flood analysis；waterlogging analysis；GIS spatial analysis

1672-8262(2017)04-11-05

P208.2

A

2017—02—04

漆小英(1981—)，女，碩士，高級工程師，主要從事測繪信息化建設相關工作。

南寧市科技局2014科技計劃支撐項目