基于GIS 的大藤峡水库泄洪下游淹没影响模拟与分析

2021-06-16□吴娟

山西农经 2021年10期

□吴娟

（绥化学院黑龙江绥化 152061）

随着我国经济发展，城市化水平不断提高，尤其是沿河区域乃至较为偏远地区的水库周围也聚集着大量常住人口。周边水资源与土地资源的价值不断增加，水库泄洪逐步成为影响这些区域下游居民生活工作的重要因素[1]。大藤峡作为广西壮族自治区最长的峡谷，位于黔江下游，两岸礁石众多，谷底存在大量的暗礁。虽然从20 世纪90 年代以来，不断对大藤峡水库进行设备增设，建立了珠江流域的防洪控制枢纽，但湍急的水流与巨大的存水量仍给周围居民的日常工作生活带来巨大的隐患[2]。如何在降低下游淹没危险系数的情况下对大藤峡水库进行泄洪处理，减少人民生命财产损失，成为目前大藤峡水库稳定运转亟须解决的问题。

由于大藤峡水库泄洪涉及诸多问题，必须在强有力的统筹规划下，协调各部门、各区域的沟通与协作机制，建立完善的泄洪预案，保证泄洪信息发布、水库周边巡查以及下游居民迁移等问题能够顺利进行。

基于GIS 的特点，对大藤峡水库泄洪下游淹没所造成的影响进行模拟数据收集、存储、运算及分析，利用GIS 数据化模式在保证水库平稳泄洪的情况下，将水库泄洪下游淹没对下游居民造成的损失降到最低。

1 基于GIS 的大藤峡水库泄洪下游淹没影响模拟方法设计

在GIS 技术应用到大藤峡水库泄洪下游淹没影响模拟方法的设计过程中，利用GIS 技术获取的该地区地质数据作为数据模拟过程中的数据来源，采用真实数据进行处理，以提升数值模拟结果的可靠性与真实性。

1.1 大藤峡水库信息数据库建设

研究中使用水库基础数据构建大藤峡水库信息数据库，数据库利用每日降水量、水库每日水位以及水库观测数据作为数据基础，图形部分由大藤峡水库的数字高程模型与水库遥感影像组成。使用GIS 设备获取水库的数字图像并作出相应的分析，得到相关数据内容。

水库信息数据库构建过程涵盖了大量地理信息空间数据与属性数据，不同种类的数据需要设定相应的管理方法。为了提升数据管理效果，在研究中使用ArcGIS 软件中的Geodatebase 数据库作为数据库的蓝本[3-4]。在该数据库中，主要对水库的流量数据进行整理，为后续数值模拟模型构建提供便利条件。

水库的流量数据主要包含计算获取的流量数据以及实际观测中得到的流量数据。计算部分的流量数据包含大藤峡水库各个子流域的净水量以及水库流域出口的断面流量；实际观测得到的流量数据包含各个水电站实测水流数据。

上述数据利用数据表的形式存入数据库中，使用此数据库为后续的模型构建提供数据来源。在此部分数据的使用过程中应注意数据形式的一致性，在使用数据前用归一性算法对其进行处理。

1.2 大藤峡水库泄洪能力数值模拟

通过文献可知，大藤峡水库正常蓄水位61.0 m，死水位47.6 m，校核洪水位63.9 m，总库容34.3 亿m3，正常调节库容15 亿m3。在研究中使用CAD 软件构建其数字地形资料，并形成相应的三维河道地形图[5]，选取合适的模拟计算区域，并使用流体动力学原理划分其计算网格。

由于河道变化的复杂性，在研究中将计算网格设定为有限元形式，控制计算单元的大小、形状与节点。计算网格将主要对水库的边界形态变化进行处理，提升整体计算时间。为了提升数值模拟的可信度，对计算过程中的边界条件进行设定，根据大藤峡水库的特点，将水库出水口流量作为边界条件。对其涡粘系数展开计算[6-7]，使用Smaborinsky 公式计算涡粘系数，具体公式如下。

式中：参数BS数值选取区间设定为0.25＜BS＜1.0，C、D表示水库横轴与纵轴方向的垂线平均流速，△表示计算网格划分后的网格间距。

根据上述公式，构建大藤峡水库泄洪能力数值模拟中的数字高程模型。将历史水库泄洪峰值数据作为溃坝模拟数据，代入到高程模型中，计算相应的洪水水位下的淹没面积和淹没洪水量。

在计算过程中，将计算得到的矢量数据转化为栅格数据，保证计算结果的坐标系统与表格方式一致。

通过公式可得到大藤峡水库泄洪面积数值模拟结果，以此确定大藤峡水库泄洪下游淹没面积[8-9]。同时，将获取到的GIS 实测数据与计算结果相结合，完成大藤峡水库泄洪下游淹没影响分析过程。至此，基于GIS 的大藤峡水库泄洪下游淹没影响模拟方法设计完成。