基于GIS的泥石流预警系统实现

郭漩

（郑州大学水利与环境学院，河南 郑州 450001）

基于GIS的泥石流预警系统实现

郭漩

（郑州大学水利与环境学院，河南 郑州 450001）

为加强泥石流灾害的监控和预警措施，有效降低灾害损失，我们以MapGIS K9作为基础平台，采用C/S模式，使用C#语言进行组件式二次开发，建立起泥石流预警安全信息的管理平台。系统实现了地图查询、信息管理以及泥石流的灾害预警和基于DEM的受灾分析等功能，为地质灾害预警提供了更为科学便捷的途径。

组件式GIS，泥石流，预警系统，DEM

1 引言

近年来我国自然灾害频发，尤其是在2008年汶川地震之后，所造成的泥石流等次生灾害严重危害着国家和人民的生命财产安全，因此，加强对泥石流的研究和预警显得尤为重要。我们利用GIS系统强大的空间数据管理、地理分析和空间分析的能力，并结合泥石流预警雨量阈值模型，开发设计出了基于GIS的泥石流预警系统，以期为地质灾害预警提供更为科学便捷的途径。

2 系统总体设计

泥石流预警系统是在Windows7系统上，以MapGIS K9作为二次开发平台，利用C#语言进行的组件式开发。系统主要由山区基础地理信息、基础设施控制和泥石流沟监控三个子系统构成，分为基础功能模块、泥石流预警模块、信息管理模块以及三维地形模拟模块，其中泥石流预警、信息管理和三维地形管理为系统的特色功能模块。系统主界面和总体框架分别如图1、图2所示。

图2 总体框架图

3 数据库设计

基于MapGIS K9二次开发平台的整体架构，泥石流预警系统的数据库主要分为两个层次：数据管理层和数据表现层。数据管理通过空间数据库引擎（SDE）来驱动，实现了对海量多源异构空间数据的高效存储与索引，主要存储了空间数据（地理数据）；而数据表现层主要存储了非空间数据（属性数据），主要功能是向用户展示成果数据，支持动态局部刷新，数据视图和版面视图的统一管理等。

4 系统核心功能实现

4.1 泥石流预警模块

4.1.1 泥石流预警阈值

虽然目前我国山区大多数泥石流沟均无降雨和灾害资料，但通过分析泥石流预警区的降雨条件、水文特征及下垫面条件，我国提出了基于水力类泥石流启动机制来计算泥石流预警雨量阈值的方法。主要依据流域地形及松散固体物质等特征，计算该流域泥石流启动的临界水深，并结合流域产汇流机制、特征降雨量随海拔变化规律、暴雨雨型特征，进而计算该流域泥石流预警雨量阈值。该方法解决了缺资料地区泥石流预警报的难题，为山区泥石流预警报提供了一种新的思路。

具体算法如下：I60+Pa=R+Im

其中I60是激发雨量，Pa是前期降雨量，R是径流深，Im是最大蓄水量，对于一定区域最大蓄水量是固定的，再根据公式:R=3.6BVh/F(B是沟宽，V是流速，h是临界水深，F是流域面积)计算出径流深，所以当（I60+Pa）达到（R+Im）时该地区就会发生泥石流。

4.1.2 泥石流预警步骤

对于暴雨型泥石流而言，降雨量和降雨强度是激发泥石流的决定性因素，而当地的固体物质的储备和分布状况影响着泥石流灾害的强度。该系统充分考虑这些条件，输入降水量，与通过该区各种指数得到的雨量阀值作比较，为泥石流预警报提供科学的方法。此外系统还可以及时录入预警信息，与历史预警信息进行对比，可以更为准确地预测出泥石流灾害。功能实现的效果如图3所示。

表1 地理数据库

表2 属性数据库

图 3 泥石流预警功能

4.2 信息管理模块

4.2.1 受灾信息管理

系统可以对受灾信息进行查询、录入和删除。受灾信息包括：受灾编号、受灾区域名称、受灾时间、受灾林地面积、受灾耕地面积、受灾人数和受灾等级等信息。系统通过分析计算可以得出该地区受灾等级饼状图和柱状图，更为直观地展现出该地区的受灾情况。

4.2.2 救援专家小组管理

救援工作中分为救援小组和专家小组，救援小组主要负责灾情救援工作，专家小组主要负责灾后重建工作。系统对救援小组和专家小组进行管理，及时生成救援专家小组报告，并在地图图层上生成安置点，以便于接下来救援重建工作的开展。

4.3 三维平台模块

通过将DEM高程数据和TM遥感影像在MapGIS K9 TDE三维平台上进行叠加建立了该地山区的高程模型。基于面模型进行多层DEM构模，构建出的模型在三维平台上可以进行路径漫游、地形计算和地形分析等操作。地形计算包括：计算区域体积、计算两点长度、计算地形表面积、计算填挖方、计算坡度坡向；地形分析包括：三维点信息、两点通视分析、地形通视域分析、地形坡面分析和洪水淹没分析。通过三维模型，系统可以对该地区的地形有一个直观整体的认知，辅助系统进行泥石流的灾害预测。功能实现的效果如图4所示。

图 4 三维模拟功能

5 结束语

泥石流预警系统主要服务于各级泥石流安全指挥中心，进行泥石流灾害的预警，对预警信息进行科学分析，为最后的泥石流防灾救援工作提供理论依据。但本系统的空间数据模型为要素模型，虽然空间特征的存储、提取、查询和更新比较方便，但在进行空间分析时较为困难，此外系统中的三维功能主要集中于二维表面地形的分析，并不是真正的三维GIS系统，因此在未来的问题研究和系统升级过程中应着力解决这两方面的问题，真正有效地保障人民群众的生产生活安全。

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[4]肖翔，畅益锋.长江上游滑坡泥石流预警系统建设及运行模式.人民长江，2010，41(13).

TP311.52

A

1671-0037（2014）06-82-2

郭漩（1993-），女，在读本科。