ArcGis三維模擬技術在雨水系統分區中的應用

安延濤 侯頔

一、概述

近年雨季，全國各大城市迎來了大范圍強降雨。2014年3月末我國江南、華南地區出現暴雨及強對流天氣，造成福建等7省份36市(自治州)87個縣(區、市)上百萬人受災，數十人死亡。強降雨造成深圳、惠州、廈門等多座城市內澇積水嚴重災害。

2017年夏，強降雨導致江西、河南、湖北、湖南、廣西、重慶、貴州等地遭受洪澇、風雹、泥石流災害。近百萬人受災，經濟損失數十億。可見排水系統的建設亟待加強。

為推進城市排水系統建設，國務院辦公廳在2013年發布的《關于做好城市排水防澇設施建設工作的通知》中已提出，力爭用5年時間完成排水管網的雨污分流改造，用10年左右的時間建成較為完善的城市排水防澇工程體系，明確排水出路與分區，科學布局排水管網。

城市雨水排放系統，是城市最基本的市政基礎設施，完善、良好的雨水排放系統，是保證城市良性運行的基礎。排水工程的特點，使排水系統規劃、建設受地形、地貌、排放出路等多種因素限制，需要劃分為若干排水分區。排水分區劃分的合理與否，直接關系到雨水排放能否高效的運行，發揮雨水排放作用，保證城市生產和生活的正常秩序。

ArcGis平臺具有強大的地圖制作、空間數據管理、空間分析、空間信息整合、發布與共享的能力，提供高級的地理分析和處理能力、提供強大的編輯工具。目前，在地理學、地圖學、數學和統計學、遙感技術、信息技術以及攝影測量學等眾多學科擁有廣泛的應用。本文利用其強大的空間三維數據分析能力，及可視化功能，對雨水系統分區進行劃分。

二、排水分區劃分原則

依據《城市排水工程規劃規范》，雨水的排水分區應根據城市水脈格局、地勢、用地布局，結合道路交通、豎向規劃及城市雨水受納水體位置，遵循高水高排、低水低排的原則確定，宜與河流、湖泊、溝塘、洼地等天然流域分區相一致。

為減輕對各流域自然水文條件的影響，降低工程造價，規劃雨水分區宜與天然流域匯水分區保持一致。

三、ArcGis在排水系統分區中的應用

本文以沈陽市某區域排水規劃為例，參考張書亮等人的方法，使用ArcGis軟件，利用三維分析模塊和水文分析模塊分析城市流域地表特征，并生成流域匯水線，實現排水分區的劃分。

1. 區域概況

該區域位于沈陽市東北部，面積約43平方公里，地勢東北高西南低，地勢高差較大，最大高差達60米左右。

沈陽位于北溫帶亞洲季風氣候區的北緣，屬受季風影響的溫帶半濕潤氣候。氣候主要特征：冬寒時間較長少雪，夏季時間較短多雨，春秋兩季氣溫變化迅速，春季多風，秋季晴朗。最高氣溫年平均為13.7℃，最低氣溫年平均為2.6℃，全年平均溫度為7.9℃。平均降雨量為734.5毫米。

該區域為流域上游，相對獨立，無上游匯流區域雨水流入。

2.ArcGis三維數據分析

首先利用1：1000電子地形圖生成地表模型，得到DEM數據，并進行洼地填充。該過程可通過ArcScene直觀查看區域三維地表模型。所得地表三維模型見圖1。

圖1 地表三維模型圖

經過流向分析，計算流水積累量，對流水積累量柵格化后，可提取河流網絡，對河流網絡進行矢量化，生產如圖2的河流網絡圖。最后利用盆域分析功能進行排水分區劃分，并提取各子匯水區邊線，生成矢量圖。經疊加、整理后，所得結果見圖3。

圖2 河流網絡圖

圖3 流域分區圖

結合道路規劃及排水出口進行人工調整，確定最終排水分區，見圖4。

圖4 排水分區圖

經ArcGis軟件分析計算所得排水分區更貼近于地表徑流的實際匯水情況，更為準確，對排水規劃設計提供數據層面的支撐。

四、結語

使用ArcGis進行排水分區劃分，使得城市排水分區更加準確，極大提高了排水分區劃分的質量，直接生成匯水區邊線，提高了工作效率。并且，海量地形數據為排水分區劃分提供了支撐，并且提高了劃分結果的可靠性，使城市排水分區的劃分更加科學合理。