基于arcgis的平原河网地区洪水淹没范围快速模拟

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1、基于ArcGIS的平原河网地区洪水淹没范围快速模拟【摘要】平原河网地区水系复杂，河湖众多且暴雨内涝灾害频发，圩区从而成为了这部分地区抵御洪水灾害的典型代表。本文以杭嘉湖区（苏）防洪保护区为例，根据区域内圩区众多的特点，分别考虑了暴雨形成的内涝以及外来洪水造成溃n的情形。针对这两类情况，本文分别采用ArcGIS的库容计算模块以及种子蔓延算法，模拟不同降雨条件下各区域的淹没情况并得到溃U发生时圩区的淹没情形。最后，借助ArcGIS技术快速展示各区域的淹没范围。本文采集自网络，本站发布的论文均是优质论文，供学习和研宄使用，文中立场与本网站无关，版权和著作权归原作者所有，如有

2、不愿意被转载的情况，请通知我们删除己转载的信息，如果需要分享，请保留本段说明。【关键词】ArcGIS；洪水淹没范围；库容计算模块；种子蔓延算法；快速模拟0引言长江中下游平原洪涝灾害频繁，每年造成的损失都非常巨火，严秉影响了区域经济和社会的稳定发展。随着我国对洪水治理秉视程度的不断加强以及科技水平的提高，在幵展洪水本身的规律性研宄、洪灾信息的采集、洪水预报和计算等方面，都己经有了一些有效方法和手段。但是，快速进行洪水淹没范围模拟依然是需要解决的重要问题。分析平原河网地区的洪水风险，经常采用数值模拟的方法对该地区复杂的水系以及水流运动特点进行研究。但由于缺乏实测流量资料，

3、较难对模型进行率定和验证，且模型的计算时问较长不利于进行洪水快速模拟。因此，根据区域地形地貌，利用ArcGIS技术开展水文分析，快速、准确地模拟洪灾，是评估洪水影响范围的一种重要途径。本文以数字模型高程（DEM）数据为基础，以GIS技术为手段，通过编程的方式形成一套有效的模拟禁雨内涝和外洪溃门情形下洪水淹没范围的方法，能够较为快速的进行洪水淹没范围模拟。1洪水淹没范围算法介绍造成洪水淹没的原因有很多，但一般可以归结为降雨形成的内涝以及外来洪水造成的圩堤溃决。这就可以把洪水淹没的成因分成一种是无源淹没，另一种是有源淹没。无源淹没中，凡是高程低于给定水位的地方都视为淹没区

4、，算作淹没范围。这种情形适用于整个区域均匀降水，因而所有地势低洼处都可能产生积水。有源淹没情况下，水流从某一个点出发，受到实际地表起伏特征的影？，根据地势自由流动，最后形成的是一片相互连通的淹没区域。这就适用于圩区溃口情形下的洪水淹没模拟，洪水从溃n位置开始蔓延，最终形成一片洪水所能达到的连通淹没区域这两种方法所用到的数据基础都是数字高程模型（DEM）数据，数字高程模型是一种离散化的模型，用来表征地面上一点（X,y）关于某一参考平面的相对高度z，它能根据自身精度反映地形的起伏情况，因此又叫地形模型。DEM最主要的3种表示模型是：规则矩形格网(Grid)模型、不规则三角

5、网(TIN)模型和等高线模型。这三种模型实质上是能互相转换的，伹是规则矩形格网(Grid)模型较为容易被使用，因而本文采用的DKM数据是精度为1:1(X)OO的规则矩形格网(Grid)模型数据。1.1无源淹没模拟无源淹没考虑的是降雨条件下区域的淹没情况。假定某区域降水量为V，淹没区洪水水位为11,规则矩形格网(Grid)模型数据每个离散单元的栅格面积为S，栅格数量为n，对应第i个栅格的高程为hi，则可由下式来表示降水量V和水位H之间的关系：上述公式实质是一种基于水位得到该水位下总体积的方法，是将洪水水位简化成了一个平面。这就类似于求取水库库容的过程，得到一个水位和库容

6、之间的关系。在ArcGIS中，对于库容计算，提供了一个基于数字高程模型(DEM)的库容计算模块(PolygonVolume)，该模块只要给定了水位和DEM地形数据就能求得库容。运用该模块，可以得到一种计算区域淹没水深的编程算法。首先假定洪水水位为H，H可以取为计算区域地面高程的最小值，随后应用ArcGIS中的库容模块计算淹没量V，并将淹没量V与实际降雨量W进行比较，若两者数值的误差超过了一定范围则对H进行累加。一直重复该过程，当V与W的值两者接近就能得到所要求的淹没水深H。该算法基于ArcGISforPython进行编写，可以直接调用ArcGIS中己有的模块，因此较为

7、简便。算法计算流程如图1所示。图1无源淹没水深计算流程在得到研究区域的淹没水深后，就能对整个淹没范围进行提取。提取淹没范围的方式是获得DEM地形数据中所有高程不大于淹没水深的栅格。这可以通过ArcG[S中的栅格计算器（RasterCalculator）功能实现。对于多个区域不同水深的淹没范围提取，可以通过ArcGISforPython的算法实现，计算流程如图2所示。1.2有源淹没模拟有源淹没针对的问题是堤防溃决形成的洪水，洪水从某一点出发向四周扩散，凡是地形低于给定洪水位的都将被计入淹没区。这种思想比较容易由种子蔓延算法来模拟。种子蔓延算法的核心是给