高精度DEM在邕江水位提升对城区内涝影响评估中的应用

漆小英，晏明星

(南宁市勘察测绘地理信息院，广西 南宁 530001)

高精度DEM在邕江水位提升对城区内涝影响评估中的应用

漆小英*，晏明星

(南宁市勘察测绘地理信息院，广西 南宁 530001)

邕江，是珠江流域西江支流郁江自西向东流经南宁市及邕宁区河段的别称，水位一旦提升，沿江的南宁市城区势必受到内涝甚至淹没的威胁。因此，洪水淹没分析对南宁市城区的防洪排涝、内涝影响评估都具有重要意义。在给定洪水水位条件下，应用数字高程模型(DEM)和城市地下排水管网数据，利用GIS空间分析技术，得出城区淹没和内涝及排水管道倒灌出流的分析结果，为政府的排水防涝整改计划提供辅助决策。根据分析结果制作出专题内涝数字地图，可以为南宁市城区防涝减灾及区域可持续发展提供参考依据。

DEM；洪水淹没；内涝分析；GIS空间分析

1 引 言

近年，广西壮族自治区提出打造西江“亿吨黄金水道”的重大战略决策，计划投入逾百亿元，改善内河基础设施，使西江运输的货物年吞吐能力达到1亿吨以上，让西江这条“黄金水道”成为推动珠三角西岸城市群一体化发展的重要通道。

邕江流域上现存的西津梯级枢纽当时建成后，为避免淹没较多地区，大坝水位一直不高，导致邕江南宁市中心区段多年各月平均水位均不足 62 m，部分河道水深不足 2 m，不能满足“三级航道水深至少 2 m”的要求，不利于航运和城市的发展。邕江断面为典型河沿下切断面，常水位连景观水位的要求都未能满足，这种天然资源未能充分利用，通过学习总结桂林、柳州的经验，研究利用梯级枢纽提高水位，进一步打造“水城南宁”。

但当邕江水位提升之后，沿江的城区势必受到严重内涝甚至淹没的威胁，为了避免这些危险的发生，应用先进、科学的GIS空间分析技术，对邕江水位提升至不同水位程度时对城区产生的内涝影响的分析评估工作十分重要，它是打造西江“亿吨黄金水道”这项重大战略决策的可行性研究工作的重要组成部分，直接关系到该项决策成功、科学的实施。

2 研究区及数据源

邕江沿岸的南宁市地处东南沿海山地平原过渡带，四周群山环绕，中部构成“南宁盆地”，最高点标高约 143 m，最低标高约 66 m，高差 77 m。这个盆地向东开口，南、北、西三面均为山地丘陵围绕。盆地中央成为各河流集中地点，右江从西北来，左江从西南来，良凤江从南来，心圩江从北来，组成向心水系。主干流为邕江，河道全长 78 km，另外还有18条比较大的支流(南宁市内河)，邕江洪水特性与暴雨特性、流域特性密切相关，具有峰高、量大、历时长的特点。年最高水位多发生在7月下旬～8月份，其发生频率高达40%。

本文采用研究区域内1∶500比例尺地形图和城市地下排水管网为数据源，对于研究区内的一些重点区域加测高程点和特征线以保证分析模型的精度要求。

3 技术路线及方法

3.1 技术路线

数字高程模型洪水淹没仿真分析总体技术路线是：围绕快速、准确提取出城区内涝范围及出现洪水倒灌需进行改造完善的排水设施的目标和任务，充分利用现有最新的基础地理数据及排水管网、排水设施数据，在重点区域高程加密基础上，通过GIS空间分析和叠置分析得出洪水淹没范围及需要改造的排水管网及排水设施。具体的技术流程如图1所示。

图1 技术路线

3.2 技术方法

利用大比例尺地形图中的高程信息及重点区域补测的高程点信息，制作高精度数字高程模型(DEM)如图1所示，通过GIS软件在给定的水位条件下，针对地形数据进行淹没仿真分析，将分析结果以矢量区域的方式输出，对结果地物多边形与高程多边形进行叠置，提取土地使用为住宅和高程低于洪水水位的多边形，通过数据分析计算出淹没范围；再结合地下排水管网数据进行管道倒灌分析，将排放口低于洪水水位和管高低于水位的排水管线提出来，分析计算出需要改造的排水管道和闸门、阀门等排水设施。

(1)数字高程模型(DEM)制作

高程、特征信息提取：利用AutoCAD平台，通过编辑程序及人机结合的方式提取 1∶500大比例尺数字化地形图上高程点、等高线信息以及河流和湖泊、山脊山谷线、断裂线等地形特征点、线等数据。

检查空值区域并补测高程点：对于部分高程点和等高线存在高程值空漏或偏差太大的现象，我们根据地形图原始记录文档，赋以其正确的高程值。对于确实存在高程值缺漏或高程点密度不够的情况以及研究区内一些重要的关注点，采用实地补测的方式对研究区内的高程点进行加密，以保证制作的DEM成果的精度和准确性。

建立高程数据库：对高程信息进行格式转换、坐标系统的变换等数据处理，将各块数据进行接边、合并建立高程数据库。

构TIN：构TIN前先利用软件对地形信息数据进行预处理：检查有无隐藏的高程粗差；对同一条等高线上采样间距过大的高程点列进行内插加密处理，避免出现三角形跨越等高线；对山头或凹地无高程点的闭合等高线，狭长而坡缓的谷底，无高程点的垭口等处，由软件自动内插特征点或特征线，用于构TIN，避免出现不合理的“平三角形”。构TIN的时候，检查其合理性，并作优化处理：将TIN三角网与等高线以不同颜色叠合显示作屏幕检查；将“平三角形”区域用颜色分级显示；对不合理的平三角形内部进行加高程点编辑，然后再重构TIN；对跨越中间等高线而构成的非等坡三角形进行检查与加点处理。

内插DEM与DEM编辑： 在GIS软件里输入格网间距，内插DEM，同时用内插的DEM反生成等高线，使之与原始等高线按不同色叠合显示，检查同名等高线的偏离值，对超出限差的区域进行加点处理，得出准确无误的高精度DEM，如图2所示。

图2 高精度数字高程模型(DEM)

(2)淹没分析

在ArcGIS、GLOAL MAPER平台上，基于大比例尺高精度数字高程模型DEM数据和排水管网、排水设施数据对给定的不同水位条件下进行淹没仿真分析，输出不同水位条件下矢量淹没区域。采用DEM淹没分析得出的淹没区域是因地势低于给定水位会被淹没的地区，也就是当水位抬升时常年内涝积水区。

(3)叠置分析

将淹没区域与地形库中的住宅等建筑物多边形叠加，得出不同水位条件下出现淹没、内涝现象的住宅和其他城区淹没范围。再将淹没区域与排水管网、排水设施数据进行叠加，可以快速得出哪些排水管道会出现河水倒灌现象以及因河水倒灌而出现城区内涝的路段及范围、哪些重点区域和重点排水设施会受到影响。

4 淹没分析技术在研究区中的应用

将上述洪水淹没技术应用到邕江水位提升对城区内涝影响评估中，分析得出邕江水位从 67 m提升至 71 m水位条件下，受影响排水管网的位置、数量以及城区被淹没和出现内涝情况的路段及范围以及随着水位的不断提升，受影响排水管网数量的不断增加以及城区被淹没和出现内涝情况的路段及范围的不断扩大的动态过程，如图3所示。

图3 水位从 67 m提升至 71 m排水管网倒灌和城区内涝情况对比

(1)水位从 67 m提升至 71 m过程中，城区内涝及排水管网倒灌情况对比分析

当水位从 67 m提升至 68 m时，市区少量低洼区出现内涝，主要是心圩江、良凤江、邕江、竹排冲等内河河面水域外扩而淹没的河边低洼地，淹没面积由 1.2 km2增至 2.7 km2。受影响的排水管网由37条增至143条，受影响路段长达 9.8 km，在雨季容易出现内涝现象的易涝区域增至 3.4 km2，主要分布在南湖西岸，东葛路近一半路段，沿朝阳溪至中华路段，亭江路周边区域和大学东路一小片区域。

当水位由 68 m提升至 71 m时，市区较多低洼区出现内涝，包括五一路周边、星光大道、东葛路、长湖路、人民路、园湖路低洼处等地受淹，相比 68 m水位时总淹没面积增加了 9.1 km2。同时有千余条排水管道受影响，建成区内大部分主干道都受到不同程度的影响，江南沿江片区、竹溪片区、南湖片区、东葛片区等众多片区都会出现内涝现象。

从上述不同水位下排水管网倒灌和城区内涝分析结果图可以看出，随着水位的不断上升，受浸泡路段的数量、倒灌管线条数及易涝区域面积增加速度越来越大，而且当水位从 67 m上升至 68 m过程中，受浸泡路段的数量变化较小，回涌管道数量增加速度也不大。但当水位从 67 m上升至 70 m时，回涌管线数量大幅增加，由338条整加至792条。

(2)水位从 67 m提升至 71 m过程中，重点区域受影响情况对比水位从 67 m提升至 71 m过程中，民歌湖广场淹没情况动态变化，如图4所示。

从上图可以看出，当水位抬至 68 m时，民歌广场附近积水范围很少，不会影响到民歌广场的正常使用，但当水位提升至 69 m时，民歌广场附近积水面积大幅增加至 42 800 m2，随着水位的逐渐提升，广场附近淹没面积不断增大。

水位从 67 m提升至 71 m过程中，南湖周边排水管道受影响情况动态变化，如图5所示。

图4 民歌湖广场淹没情况动态变化

图5 南湖周边排水管道倒灌情况动态变化

从图5可以看出，随着水位的不断提升，南湖周边出现倒灌现象(标红的管段)的排水管网逐渐增多，受影响的排水设施数量也逐渐升级。

5 结果分析

对上述不同水位条件下邕江沿岸受淹范围和城区内涝程度数字图进行对比可以看出，DEM洪水淹没技术可以快速、科学地模拟、预测和显示洪水淹没范围、城区内涝影响程度，为洪水风险图制作、防洪指挥调度和洪涝灾害的损失评估提供准确的评判依据，对防洪减灾具有重要意义。

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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，硕士，高级工程师，主要从事测绘信息化建设相关工作。

南宁市科技局2014科技计划支撑项目