基于ArcGIS的洪水淹没浅析——以长台关流域为例<br/>

基于ArcGIS的洪水淹没浅析——以长台关流域为例

2015-04-04汪立东徐兆伟刘继锋信阳水文水资源勘测局

河南水利与南水北调 2015年24期

□汪立东 □徐兆伟 □刘继锋（信阳水文水资源勘测局）

0 前言

随着社会经济的不断发展，自然资源被开发利用的程度也在不断扩大，洪水灾害发生的频率以及造成的损失影响也在不断地加深。因此，将洪水淹没区域的范围高效、准确、科学地进行预测、模拟与显示出来，有利于将防洪工程的效益发挥到最大，同时采用非工程措施来减轻洪水灾害，其在防洪减灾方面意义重大。

文章采用ArcGIS的二次开发，将数字高程模型（DEM）作为基础，把能够将地形地貌要素较真实地反映出来的三维地形以及具有空间分析中的矢量栅格一体化功能的二维GIS技术这两大优势功能应用于模拟洪水淹没范围的研究中，这种通过平面模拟方法对洪水淹没范围进行模拟的方法，可以更加准确和科学地定位洪水淹没范围，同时可以在洪水风险图形的绘制、防洪指挥调度以及洪涝灾害的损失评估等方面提供较为准确的依据。

1 洪水淹没方法浅析

1.1 无源与有源淹没分析

洪水淹没过程是一个涉及面广且复杂性较强的过程，同时受到多个不同方面因素的干扰，其中干扰洪水淹没的主要因素是洪水具有的特性和受淹区的地形地貌。

淹没区分析可分为有源淹没区分析和无源淹没区分析。无源淹没区分析是在已知高程值的情况下，将低于已知高程值的高程点，均算入淹没区范围，这种淹没情形相当于在大面积范围内的降水，并且降水量分布比较均匀，高程点低于已知点的区域都将存在积水灾害发生的情形；有源淹没区分析则要对区域内地形之间的“流通性”进行考虑，即洪水只能将它能够流到的区域淹没，这种淹没情形通常用于如江河、水库等洪水频发区向周边邻域范围内扩散的情形，特别对多山丘陵地区发生的洪水淹没的情形分析适用。

对于在特定防洪区域的洪水淹没，存在以下两种淹没形式的可能，一是漫堤式洪水淹没，即因为特定防洪区域的洪水水位过高，高于堤防的高程值，因此通过堤顶漫过的洪水流进淹没区，而堤防并没有溃决的淹没形式；另一种是溃坝式洪水淹没，即在堤防溃决的情况下，特定防洪区域内的洪水从堤防决口处流入淹没区的淹没形式[2]。不管是漫堤式淹没还是溃坝式淹没，洪水的淹没过程都具有动态性和多变化性，且都属于有源淹没。

1.2 基于队列的种子蔓延算法

种子蔓延算法是一种基于种子空间特征的扩散探测算法，其核心理论是在确定一个种子点的情况下，由该种子点位置向四周区域扩散，从而计算能够满足扩散条件和分布于周围具有流通性的点的几何。通常对有源洪水淹没区进行分析时，将种子点的位置设定在水库堤坝或者江岸河岸等地。在求取淹没区的过程中，对洪水水位的确定，高程低于水位线且同种子点区域存在连通性的点的区域，则认为是洪水淹没地区，并且在淹没区的求取过程中，将淹没区以新的种子点位置向周围蔓延，使洪水淹没区成片相连[3]。

具体计算过程如下：首先建立一个淹没区缓冲队列，然后从淹没源点，即栅格RasterPoint(x,y)开始判断，如果源点栅格水位RasterPoint(x,y)≤FloodLevel，则将其放入到淹没区缓冲队列中，标记为可淹没栅格；然后对其四周8个邻域的栅格RasterPoint(i,j)进行搜索，把满足条件的栅格放入淹没区缓冲队列中，并将队列中的首个元素RasterPoint(x,y)弹出。现在队列中的第一元素应该是RasterPoint(x,y)邻域栅格中的一个，假设此栅格单元是RasterPoint(x-1,y-1)，第二次循环计算时候淹没源点便是RasterPoint(x-1,y-1)，重复第一步运算。循环遍历队列所有节点，运算至淹没缓冲区队列为空，最终完成淹没范围计算。