GIS技术在辽绕保护区洪水风险图编制中的应用分析

缪 丹

（辽宁省防汛抗旱总指挥部办公室，辽宁沈阳110003）



GIS技术在辽绕保护区洪水风险图编制中的应用分析

缪 丹

（辽宁省防汛抗旱总指挥部办公室，辽宁沈阳110003）

摘要：以辽宁省辽绕保护区洪水风险图编制为依托，较为系统的介绍了GIS技术在洪水风险编制图工作中的应用流程，主要包括数据收集、信息管理、风险分析及最后的制图工作，并对GIS技术的优点及应用情况进行了分析。

关键词：GIS技术；洪水风险图编制；应用分析

洪水风险图的编制工作结合了当地地理、洪水、社会经济等信息，通过资料搜集和计算分析，最终用地图的形式将该地区不同等级的洪水危害表达出来，为相关部门应对洪灾提供指导和决策依据。

GIS全称为地理信息系统，它是利用计算机技术对空间数据进行分析整理，最终将其展现在人们面前。该项技术结合了数据库、软件工程、网络技术等，已成为地理信息调查工作中强有力的工具［1］。

1　GIS技术介绍

GIS技术作为一门新兴的空间信息分析技术，除了能够有效管理空间资源环境信息外，还可以对相关信息和数据进行快速分析和测试，其得到的结果可应用于制定决策、措施评价、险情监测等各种工作中。

实践证明：GIS技术可以显著提高相关工作的效率和效益，是解决资源环境等问题的有力技术支持［2］。

目前，GIS技术在农业、林业、资源环境、灾害预警和土地管理等方面都得到广泛应用，不过该技术也存在一定的问题，主要表现在以下几方面。

（1）对数据质量要求很高。GIS技术主要是根据数据进行计算分析的，所以数据的准确性对结果有着直接影响。此外，要想得出科学的结果，对数据数量的要求也是很大的。在实际应用中，由于数据来源、格式、年代久远等原因，导致数据的精确性和数量大打折扣。

（2）对使用者的专业素质要求较高。作为一门新兴技术，必然对使用者来说是个挑战。在实际应用中，很多技术人员受专业知识、操作水平等方面的影响，从内心对GIS技术产生抵触心理，这对进一步扩大该技术产生不良影响。

（3）没有统一的技术规范。目前，还没有针对不同专业领域建立相应的GIS技术使用规范，只是在大体上做出了一些泛泛的规定。此外，该技术还没有和GPS及遥感等技术很好的融合在一起，限制了一些功能［3］。

2　工程概况

辽绕防洪保护区位于辽宁省中部，由辽河右岸和绕阳河左岸之间的广阔区域组成，辽河右岸上至干流铁岭站，下至盘山闸（本次计算范围至绕阳河河口），绕阳河左岸上至沈山铁路桥，下至绕阳河入辽河口处，面积约2363km2。保护区内涉及铁岭县、法库县、新民市、辽中县、台安县、盘锦市、盘山县、黑山县8个市县。辽绕防洪保护区行政区划见图1。辽绕防洪保护区洪水风险图编制建设总投资650.92万元，其中中央投资525.81万元。

3　GIS技术在洪水风险图编制中的应用分析

众所周知，一个流域或区域是有很强的空间特性的。在洪水风险图编制中，GIS技术可快速有效的对收集到的各种数据进行处理，大大简化人工操作。此外，也使得地理信息的获取和更新变得更加容易。GIS技术在洪水风险图编制中主要有以下工序［4］。

图1　辽绕防洪保护区行政区划图

3.1数据的获取

在过去，测量得到的数据大部分以纸质形式存储，而且空间数据和地面信息之间没有明显的关联，所以在利用这些数据时，很多有价值的信息都被忽略了。在该工程中，我们采用的数据采集手段包括常规测量、遥感技术和机载雷达等，最后将采集到的数据有机结合在一起，为之后的工作打下一个良好的基础。经过统计，辽绕防洪保护区洪水量级见下表1［5］。

3.2基础信息管理

洪水风险图的编制工作主要是以众多数据为依托，包括水文资料、河道断面和防洪工程数据等，这些数据具有很强的空间属性，所以需要借助GIS技术对其进行管理。在实际应用中，一般采用矢量获栅格形式对采集到的数据进行存储，然后经过后期编程实现其导航、漫游、图层控制等功能。GIS技术的显著优势是将图形对象和数据库联系在一起，使数据形象地被反映在图形之中［6］。

表1　辽绕防洪保护区洪水量表

3.3洪水风险分析

3.3.1洪水计算模型

（1）建立河道一维和保护区二维非恒定流水动力模型，溃口以堰流方式模拟分洪过程。

（2）考虑保护区内河渠的导水作用，高于地面线状地物（公路、铁路，堤防等）的阻水作用。当线状地物沿程有涵洞时，考虑其过水。当洪水水位到达线状地物的顶高时，考虑线状地物两侧的水流交换。

（3）辽绕保护区内有众多内河、排干，部分河段两岸堤防，该次风险图编制，当洪水演进至保护区内的堤防时，不考虑堤防二次溃决，当水位高至堤顶时，洪水以漫溢方式演进至堤防另一侧。

该项目选用国家防汛抗旱总指挥部办公室公布的《重点地区洪水风险图编制项目软件名录》中的“丹麦DHI公司的MIKE11和MIKE21的动态耦合模型”［7］。

3.3.2洪水损失率

洪灾损失率的选取与洪灾发生区域的淹没等级、财产类别、成灾季节、范围、洪水预见期、抢救时间、抢救措施等有关。具体见下表2。

表2　洪灾损失率情况表

3.4 洪水风险图的绘制

利用GIS技术，在该项目的基础地形图上叠加上相应的防洪工程、溃口位置、洪水淹没位置及水深等信息，这就可以制作成为一张包含各种信息的洪水风险图。

此外，利用GIS空间分析技术，通过对保护区内路网结构、节点的综合分析，建立路网分析计算模型，求解出保护区内需要转移的人员到安置区最快的转移路线，或通过咨询当地有关专家人为指定一些道路作为避洪转移的路线，并对确定的转移路线开展现场检验核实，确保转移路线有效、可行，最终确定保护区的避洪转移安置路线［8］。

3.5所得成果及合理性分析

在该项目中，技术人员通过搜集相关历史资料及实地调查，将有用的数据整合到GIS系统中，共取得以下几类成果。

（1）保护区洪水风险图。利用GIS技术，分析得出不同频率下保护区的洪水水位：50年一遇的最高水位为32.12m；100年一遇的最高水位为32.98m；1000年一遇的最高水位为33.41m。将这些洪水频率分析结果减去保护区的高程模型（DEM），便得到了保护区的洪水风险信息。之后将重现期按照由小到大的顺序依次采用不同颜色进行渲染，对应着相应频率的洪水风险信息，这样就可以得到直观的洪水风险图了。

（2）溃坝洪水风险图。根据制作出的二维水力学模型，结合保护区实际情况进行区域划分，之后将河堤、公路等标志物剖分为网格来确定计算边界，在此设定网格尺寸为500m×500m。在二维水力学模型中，将洪水过程作为入流条件，根据地形地貌设定糙率，之后便可运行模型。可以得到每个网格的淹没要素值，绘制出溃坝洪水风险图。此外还可以得到最大水深分布图、淹没范围图及最大流速图等等。

风险图完成后包含的洪灾损失信息非常详细，包括居民和各类单位企业的财产、主要线路、工业、农业等方面的损失情况，为相关部门估计灾害造成的直接和间接经济损失提供了简单直观的参考依据。

此外，在编制风险图中应用GIS技术，可以充分利用该项目的资金、技术、资料等方面的优势，大大加快了风险图的编制进度，而且风险图的质量也得到相关部门的广泛认可。

3.6GIS技术的应用问题及应对措施

虽然GIS技术相对于传统工具有着巨大优势，但在实际使用GIS技术中，依然普遍存在如下的几个问题。

（1）缺乏专业的GIS软件。对于不同的测量任务，需要以GIS技术为基础定制专业软件，而这是一项耗时、耗力且投入较大的工作，所以很多方面在使用GIS技术时奉行“拿来主义”，直接造成结果的不准确性。为应对这一问题，可通过加大人才培养、技术培训及资金投入力度来解决。由于利用GIS技术编制洪水风险图已经较为成熟，所以该项目直接参考相似工程进行，节约了大量的时间和资金投入。

（2）数据来源与精度限制。GIS技术的应用是在大量数据的基础上建立的，所以数据的来源和精度成为决定成败的关键因素。随着科技的发展，近几年数据采集工作发展迅速，可满足各类应用，但是之前很长时间的数据几乎无从查起，这成为了GIS技术应用的最大障碍。为应对这一问题，首先是相关政府部门应建立数据管理中心，做到责任制管理；然后在应用GIS技术时，应为搜集资料工作留有足够时间，可采用实地调查和走访等方式去弥补相关资料的不足问题。

4　结语

洪水风险图的编制对于预防洪水险情，对保障流域内居民的财产安全具有重要意义。而风险图的编制工作主要依赖于相关资料的搜集，资料准确度越高，编制出的风险图也就越精确。GIS技术在辽绕防洪保护区洪水风险图编制中的应用，表现了该项技术的特点及优势。采用GIS技术编制出的风险图内容全面，且精确度高，必将在以后类似的工作中得到更加广泛的应用。

参考文献

［1］王义成，陆吉康.我国洪水风险图编制技术标准化的探讨［J］.中国水利水电科学研究院学报，2006（03）：35-36.

［2］李汝光，徐骏.GIS技术在水利信息化管理中的应用［J］.常州工学院学报，2011（10）：45-46.

［3］黄合义，姜言凉，等.浅析水利工程施工组织化设计优化［J］.水利规划与设计，2007（04）：12-13.

［4］王军，梁忠民，等.基于GIS的水库洪水风险图编制［J］.河海大学学报，2010（01）：12-13.

［5］王志丰，季笠.项目风险管理规划在水利项目管理中的应用［J］.水利规划与设计，2007（05）：35-36.

［6］王洁，汪林.水资源配置理论与方法探讨［J］.水利规划与设计，2004（01）：12-14.

［7］张旭，万群志.关于全国推广洪水风险图的认识与设想［J］.自然灾害学报，2007（11）：23-25.

［8］李永坤，董传红.城市洪水风险图编制技术研究［J］.水科学与工程技术，2011（10）：67-68.

中图分类号：P208

文献标识码：A

文章编号：1008-1305（2016）01-0037-03

DOI：10.3969 /j.issn.1008-1305.2016.01.0012

收稿日期：2015-07-01

作者简介：缪 丹（1981年—），女，硕士，工程师。