ArcGis三维模拟技术在雨水系统分区中的应用

安延涛 侯頔

一、概述

近年雨季，全国各大城市迎来了大范围强降雨。2014年3月末我国江南、华南地区出现暴雨及强对流天气，造成福建等7省份36市(自治州)87个县(区、市)上百万人受灾，数十人死亡。强降雨造成深圳、惠州、厦门等多座城市内涝积水严重灾害。

2017年夏，强降雨导致江西、河南、湖北、湖南、广西、重庆、贵州等地遭受洪涝、风雹、泥石流灾害。近百万人受灾，经济损失数十亿。可见排水系统的建设亟待加强。

为推进城市排水系统建设，国务院办公厅在2013年发布的《关于做好城市排水防涝设施建设工作的通知》中已提出，力争用5年时间完成排水管网的雨污分流改造，用10年左右的时间建成较为完善的城市排水防涝工程体系，明确排水出路与分区，科学布局排水管网。

城市雨水排放系统，是城市最基本的市政基础设施，完善、良好的雨水排放系统，是保证城市良性运行的基础。排水工程的特点，使排水系统规划、建设受地形、地貌、排放出路等多种因素限制，需要划分为若干排水分区。排水分区划分的合理与否，直接关系到雨水排放能否高效的运行，发挥雨水排放作用，保证城市生产和生活的正常秩序。

ArcGis平台具有强大的地图制作、空间数据管理、空间分析、空间信息整合、发布与共享的能力，提供高级的地理分析和处理能力、提供强大的编辑工具。目前，在地理学、地图学、数学和统计学、遥感技术、信息技术以及摄影测量学等众多学科拥有广泛的应用。本文利用其强大的空间三维数据分析能力，及可视化功能，对雨水系统分区进行划分。

二、排水分区划分原则

依据《城市排水工程规划规范》，雨水的排水分区应根据城市水脉格局、地势、用地布局，结合道路交通、竖向规划及城市雨水受纳水体位置，遵循高水高排、低水低排的原则确定，宜与河流、湖泊、沟塘、洼地等天然流域分区相一致。

为减轻对各流域自然水文条件的影响，降低工程造价，规划雨水分区宜与天然流域汇水分区保持一致。

三、ArcGis在排水系统分区中的应用

本文以沈阳市某区域排水规划为例，参考张书亮等人的方法，使用ArcGis软件，利用三维分析模块和水文分析模块分析城市流域地表特征，并生成流域汇水线，实现排水分区的划分。

1. 区域概况

该区域位于沈阳市东北部，面积约43平方公里，地势东北高西南低，地势高差较大，最大高差达60米左右。

沈阳位于北温带亚洲季风气候区的北缘，属受季风影响的温带半湿润气候。气候主要特征：冬寒时间较长少雪，夏季时间较短多雨，春秋两季气温变化迅速，春季多风，秋季晴朗。最高气温年平均为13.7℃，最低气温年平均为2.6℃，全年平均温度为7.9℃。平均降雨量为734.5毫米。

该区域为流域上游，相对独立，无上游汇流区域雨水流入。

2.ArcGis三维数据分析

首先利用1：1000电子地形图生成地表模型，得到DEM数据，并进行洼地填充。该过程可通过ArcScene直观查看区域三维地表模型。所得地表三维模型见图1。

图1 地表三维模型图

经过流向分析，计算流水积累量，对流水积累量栅格化后，可提取河流网络，对河流网络进行矢量化，生产如图2的河流网络图。最后利用盆域分析功能进行排水分区划分，并提取各子汇水区边线，生成矢量图。经叠加、整理后，所得结果见图3。

图2 河流网络图

图3 流域分区图

结合道路规划及排水出口进行人工调整，确定最终排水分区，见图4。

图4 排水分区图

经ArcGis软件分析计算所得排水分区更贴近于地表径流的实际汇水情况，更为准确，对排水规划设计提供数据层面的支撑。

四、结语

使用ArcGis进行排水分区划分，使得城市排水分区更加准确，极大提高了排水分区划分的质量，直接生成汇水区边线，提高了工作效率。并且，海量地形数据为排水分区划分提供了支撑，并且提高了划分结果的可靠性，使城市排水分区的划分更加科学合理。