李　航，于德萬，劉心玲（吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院,吉林長春 130021）

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松花江洪水風險圖編制及管理應(yīng)用

李航，于德萬，劉心玲
（吉林省水利水電勘測設(shè)計研究院,吉林長春 130021）

［摘要］基于吉林省松花江防洪保護區(qū)洪水風險圖編制項目，采用二維水力學模型進行潰堤洪水分析，將得到的洪水風險要素導入Arc GIS軟件中繪制洪水風險圖。并且使用C語言對Arc GIS進行二次開發(fā)，從而建立二維、三維洪水風險圖管理系統(tǒng)。

［關(guān)鍵詞］M-K檢驗法；徑流；長仁河；

1　編制區(qū)域概況

松花江位于吉林省中南部地區(qū)，三岔河口以上江段河長825.8 km，流域面積7 3834 km2，平均寬度為97.8 km，河道平均比降為0.4‰，占全省國土面積的40%。松花江（豐滿水庫至三岔河口段）左岸較大支流有溫德河、鰲龍河、沐石河、牛亡牛河、團山子河等，右岸有牛亡牛河、團山子河等較大支流匯入，干流水文站有吉林站、松花江站和扶余站。洪水風險圖編制洪水來源主要為豐滿水庫泄洪和汛期各支流洪水。洪水多由暴雨形成，一般發(fā)生在6—9月。據(jù)統(tǒng)計，大洪水均發(fā)生在7月下旬至8月下旬，尤以8月最多。

2　洪水分析模型

由于研究范圍內(nèi)河道普遍較寬、地形十分復雜，通過綜合分析，最終確定分析范圍內(nèi)的水力計算統(tǒng)一按二維水力學的方法進行，計算分析軟件采用DHI Mike 21。

2.1潰口過程計算

堤防潰口寬度及發(fā)展過程采用以下經(jīng)驗公式估算：

堤防潰口寬度經(jīng)驗公式：

匯流點：Bb=4.5（1og10B）3.5+50（1）

其他地點：Bb=1.9（1og10B）4.8+20（2）

式中：Bb——潰口寬度，m；B——河道寬度，m。

堤防潰口寬隨時間變化過程：

Bb′=Bb/2T=0（3）

Bb′=Bb（1+t/T）/20

Bb′=Bbt>T（5）

式中：t——潰堤后的歷時，min；T——潰堤持續(xù)時間，min；Bb′——任意時刻潰口寬度，m；Bb——最終潰口寬度，m。

潰堤持續(xù)時間T按下式確定：

T=1.527（Bb-10）（6）

2.2淹沒區(qū)二維水流模型建立

描述水流運動的二維非恒定流方程由水流連續(xù)性方程和水流沿x方向的動量方程及水流沿y方向的動量方程所組成。

式中：t——時間，s；n——曼寧糙率系數(shù)；x，y——直角座標系的橫、縱坐標，m；u，v——x，y方向的流速分量，m/s；z，h——（x，y）處的水位與水深，m；g方向的水流運動阻力，單位為N。

二維模型計算流程如圖1所示。

圖1　二維模型計算流程圖

3　洪水風險圖編制

根據(jù)《洪水風險圖編制導則》規(guī)定，江河湖泊洪水風險圖按河段或堤防等分別編制，依據(jù)洪水風險分析提供的信息，在1∶10 000DEM電子圖上以行政區(qū)劃圖、地形圖、水系圖、防洪工程分布圖為基礎(chǔ)的工作底圖上繪制不同頻率洪水的淹沒范圍和特征點水深等洪水風險信息。

采用ArcGIS軟件繪制洪水風險圖，圖形數(shù)據(jù)統(tǒng)一采用國家CGCS2000中國大地坐標系、高斯-克呂格投影，1985黃海高程基準，坐標單位為m。

圖形數(shù)據(jù)交換格式以常用交換數(shù)據(jù)類型*.shp格式提供。風險圖延伸信息數(shù)據(jù)以Access或者Excel形式交換，其中的文字說明內(nèi)容以Txt文本或者Word文檔等形式交換。

原則上風險圖圖層順序為按照點圖層在最上面，線圖層在中間，面圖層在最下面的方法設(shè)置圖層順序。在不影響風險圖整體效果的前提下，盡量將需要突出信息的圖層放在上面，如洪峰到達時間信息。

洪水風險圖中的洪水風險信息以半透明方式著色，便于同時獲取淹沒區(qū)內(nèi)行政區(qū)劃、居民地、重要設(shè)施等基本地理信息。

洪水風險要素圖層透明度設(shè)置為50%，不同風險要素使用不同色系進行表達。

將洪水風險圖繪制所需信息納入洪水風險圖繪制系統(tǒng)，以基礎(chǔ)地理信息地圖為工作地圖，繪制基本洪水風險圖。

4　應(yīng)用軟件開發(fā)

4.1二維風險圖管理系統(tǒng)

二維風險圖管理系統(tǒng)從風險圖管理、地圖操作、淹沒情況查詢、風險圖篩選等四個方面進行了研究。

1）風險圖管理。二維風險圖管理系統(tǒng)提供了二維風險圖管理、矢量風險圖數(shù)據(jù)瀏覽、風險圖查詢和淹沒數(shù)據(jù)顯示等功能。

2）地圖操作。地圖操作包含了常見的地圖操作基本工具。具體包括：“放大”、“縮小”、“按區(qū)域放大”、“按區(qū)域縮小”、“顯示全部范圍”、“手勢拖拽”、“屬性查詢”、“淹沒信息查詢”、“導出圖片”、“比例尺選擇”等操作工具。

3）淹沒情況查詢。系統(tǒng)查詢?nèi)我鈭龃魏樗难蜎]信息，淹沒信息以彈窗形式呈現(xiàn)，具體包括：“縣名稱”、“鄉(xiāng)鎮(zhèn)名稱”、“村名稱”，“屯名稱”、“總戶數(shù)”、“總?cè)藬?shù)”，“聯(lián)系人”、“聯(lián)系方式”、“淹沒面積”，“耕地面積”、“涉及人口”、“房屋損失”，“耕地損失”、“資產(chǎn)損失”等字段。

4）風險圖篩選。用戶通過潰口名稱、洪水量級、風險圖類型（包括到達時間圖、洪水流速圖、淹沒歷時圖、淹沒水深圖和淹沒范圍圖）及關(guān)鍵字4種條件，快速篩選和搜索需要查看的風險圖。

4.2三維風險圖管理系統(tǒng)

三維風險圖管理系統(tǒng)從三維場景建設(shè)、場景跳轉(zhuǎn)、洪水演進動畫3個方面進行了研究。

1）三維場景建設(shè)。軟件通過三維顯示技術(shù)，采用1∶10 000高程數(shù)據(jù)、0.5 m分辨率航飛影像數(shù)據(jù)、地名，行政區(qū)劃等矢量數(shù)據(jù)以及重要橋梁三維模型，呈現(xiàn)逼真的編制范圍的地形地貌三維場景。

2）場景跳轉(zhuǎn)。系統(tǒng)快速跳轉(zhuǎn)場景功能，跳轉(zhuǎn)方式分自動和手動2種，用戶通過手動選擇潰口名稱，軟件根據(jù)選擇結(jié)果，讀取潰口的坐標信息，將視窗移動到潰口上方；另外當用戶加載完一場洪水演進圖層后，軟件根據(jù)加載的洪水演進圖層，判斷洪水所在位置，視窗自動跳轉(zhuǎn)到對應(yīng)的潰口，快速定位，免去用戶手動操作。

3）洪水演進動畫。系統(tǒng)內(nèi)置了多個潰口及不同洪水組合頻率下的演進動畫，每場動畫都按一定的演進時間呈現(xiàn)洪水演進動畫。演進過程中用戶隨時暫時、停止，或者手動拖動進度條滑塊，查看指定時間點的洪水情況。

5　結(jié)語

研究在采用二維水力學模型對松花江防洪保護區(qū)潰堤洪水分析的基礎(chǔ)上，將洪水分析得到的各項風險要素導入ArcGIS軟件，從而繪制洪水風險圖。此外，基于ArcGIS組件，使用C語言開發(fā)二、三維洪水風險圖管理系統(tǒng)，為吉林省防汛抗旱搶險指揮工作提供支持服務(wù)。

［參考文獻］

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［7］梁忠民，王軍，施曄.基于GIS技術(shù)的江河洪水風險圖編制［J］.中國防汛抗旱，2009（1）：54-57.

［中圖分類號］TV121

［文獻標識碼］B

［文章編號］1002－0624（2016）03－0043－02

[收稿日期]2015-07-22