郭漩

（鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001）

基于GIS的泥石流預(yù)警系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

郭漩

（鄭州大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450001）

為加強(qiáng)泥石流災(zāi)害的監(jiān)控和預(yù)警措施，有效降低災(zāi)害損失，我們以MapGIS K9作為基礎(chǔ)平臺，采用C/S模式，使用C#語言進(jìn)行組件式二次開發(fā)，建立起泥石流預(yù)警安全信息的管理平臺。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了地圖查詢、信息管理以及泥石流的災(zāi)害預(yù)警和基于DEM的受災(zāi)分析等功能，為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供了更為科學(xué)便捷的途徑。

組件式GIS，泥石流，預(yù)警系統(tǒng)，DEM

1 引言

近年來我國自然災(zāi)害頻發(fā)，尤其是在2008年汶川地震之后，所造成的泥石流等次生災(zāi)害嚴(yán)重危害著國家和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，加強(qiáng)對泥石流的研究和預(yù)警顯得尤為重要。我們利用GIS系統(tǒng)強(qiáng)大的空間數(shù)據(jù)管理、地理分析和空間分析的能力，并結(jié)合泥石流預(yù)警雨量閾值模型，開發(fā)設(shè)計(jì)出了基于GIS的泥石流預(yù)警系統(tǒng)，以期為地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警提供更為科學(xué)便捷的途徑。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

泥石流預(yù)警系統(tǒng)是在Windows7系統(tǒng)上，以MapGIS K9作為二次開發(fā)平臺，利用C#語言進(jìn)行的組件式開發(fā)。系統(tǒng)主要由山區(qū)基礎(chǔ)地理信息、基礎(chǔ)設(shè)施控制和泥石流溝監(jiān)控三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，分為基礎(chǔ)功能模塊、泥石流預(yù)警模塊、信息管理模塊以及三維地形模擬模塊，其中泥石流預(yù)警、信息管理和三維地形管理為系統(tǒng)的特色功能模塊。系統(tǒng)主界面和總體框架分別如圖1、圖2所示。

圖2 總體框架圖

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

基于MapGIS K9二次開發(fā)平臺的整體架構(gòu)，泥石流預(yù)警系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫主要分為兩個(gè)層次：數(shù)據(jù)管理層和數(shù)據(jù)表現(xiàn)層。數(shù)據(jù)管理通過空間數(shù)據(jù)庫引擎（SDE）來驅(qū)動，實(shí)現(xiàn)了對海量多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的高效存儲與索引，主要存儲了空間數(shù)據(jù)（地理數(shù)據(jù)）；而數(shù)據(jù)表現(xiàn)層主要存儲了非空間數(shù)據(jù)（屬性數(shù)據(jù)），主要功能是向用戶展示成果數(shù)據(jù)，支持動態(tài)局部刷新，數(shù)據(jù)視圖和版面視圖的統(tǒng)一管理等。

4 系統(tǒng)核心功能實(shí)現(xiàn)

4.1 泥石流預(yù)警模塊

4.1.1 泥石流預(yù)警閾值

雖然目前我國山區(qū)大多數(shù)泥石流溝均無降雨和災(zāi)害資料，但通過分析泥石流預(yù)警區(qū)的降雨條件、水文特征及下墊面條件，我國提出了基于水力類泥石流啟動機(jī)制來計(jì)算泥石流預(yù)警雨量閾值的方法。主要依據(jù)流域地形及松散固體物質(zhì)等特征，計(jì)算該流域泥石流啟動的臨界水深，并結(jié)合流域產(chǎn)匯流機(jī)制、特征降雨量隨海拔變化規(guī)律、暴雨雨型特征，進(jìn)而計(jì)算該流域泥石流預(yù)警雨量閾值。該方法解決了缺資料地區(qū)泥石流預(yù)警報(bào)的難題，為山區(qū)泥石流預(yù)警報(bào)提供了一種新的思路。

具體算法如下：I60+Pa=R+Im

其中I60是激發(fā)雨量，Pa是前期降雨量，R是徑流深，Im是最大蓄水量，對于一定區(qū)域最大蓄水量是固定的，再根據(jù)公式:R=3.6BVh/F(B是溝寬，V是流速，h是臨界水深，F(xiàn)是流域面積)計(jì)算出徑流深，所以當(dāng)（I60+Pa）達(dá)到（R+Im）時(shí)該地區(qū)就會發(fā)生泥石流。

4.1.2 泥石流預(yù)警步驟

對于暴雨型泥石流而言，降雨量和降雨強(qiáng)度是激發(fā)泥石流的決定性因素，而當(dāng)?shù)氐墓腆w物質(zhì)的儲備和分布狀況影響著泥石流災(zāi)害的強(qiáng)度。該系統(tǒng)充分考慮這些條件，輸入降水量，與通過該區(qū)各種指數(shù)得到的雨量閥值作比較，為泥石流預(yù)警報(bào)提供科學(xué)的方法。此外系統(tǒng)還可以及時(shí)錄入預(yù)警信息，與歷史預(yù)警信息進(jìn)行對比，可以更為準(zhǔn)確地預(yù)測出泥石流災(zāi)害。功能實(shí)現(xiàn)的效果如圖3所示。

表1 地理數(shù)據(jù)庫

表2 屬性數(shù)據(jù)庫

圖 3 泥石流預(yù)警功能

4.2 信息管理模塊

4.2.1 受災(zāi)信息管理

系統(tǒng)可以對受災(zāi)信息進(jìn)行查詢、錄入和刪除。受災(zāi)信息包括：受災(zāi)編號、受災(zāi)區(qū)域名稱、受災(zāi)時(shí)間、受災(zāi)林地面積、受災(zāi)耕地面積、受災(zāi)人數(shù)和受災(zāi)等級等信息。系統(tǒng)通過分析計(jì)算可以得出該地區(qū)受災(zāi)等級餅狀圖和柱狀圖，更為直觀地展現(xiàn)出該地區(qū)的受災(zāi)情況。

4.2.2 救援專家小組管理

救援工作中分為救援小組和專家小組，救援小組主要負(fù)責(zé)災(zāi)情救援工作，專家小組主要負(fù)責(zé)災(zāi)后重建工作。系統(tǒng)對救援小組和專家小組進(jìn)行管理，及時(shí)生成救援專家小組報(bào)告，并在地圖圖層上生成安置點(diǎn)，以便于接下來救援重建工作的開展。

4.3 三維平臺模塊

通過將DEM高程數(shù)據(jù)和TM遙感影像在MapGIS K9 TDE三維平臺上進(jìn)行疊加建立了該地山區(qū)的高程模型。基于面模型進(jìn)行多層DEM構(gòu)模，構(gòu)建出的模型在三維平臺上可以進(jìn)行路徑漫游、地形計(jì)算和地形分析等操作。地形計(jì)算包括：計(jì)算區(qū)域體積、計(jì)算兩點(diǎn)長度、計(jì)算地形表面積、計(jì)算填挖方、計(jì)算坡度坡向；地形分析包括：三維點(diǎn)信息、兩點(diǎn)通視分析、地形通視域分析、地形坡面分析和洪水淹沒分析。通過三維模型，系統(tǒng)可以對該地區(qū)的地形有一個(gè)直觀整體的認(rèn)知，輔助系統(tǒng)進(jìn)行泥石流的災(zāi)害預(yù)測。功能實(shí)現(xiàn)的效果如圖4所示。

圖 4 三維模擬功能

5 結(jié)束語

泥石流預(yù)警系統(tǒng)主要服務(wù)于各級泥石流安全指揮中心，進(jìn)行泥石流災(zāi)害的預(yù)警，對預(yù)警信息進(jìn)行科學(xué)分析，為最后的泥石流防災(zāi)救援工作提供理論依據(jù)。但本系統(tǒng)的空間數(shù)據(jù)模型為要素模型，雖然空間特征的存儲、提取、查詢和更新比較方便，但在進(jìn)行空間分析時(shí)較為困難，此外系統(tǒng)中的三維功能主要集中于二維表面地形的分析，并不是真正的三維GIS系統(tǒng)，因此在未來的問題研究和系統(tǒng)升級過程中應(yīng)著力解決這兩方面的問題，真正有效地保障人民群眾的生產(chǎn)生活安全。

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TP311.52

A

1671-0037（2014）06-82-2

郭漩（1993-），女，在讀本科。