盧嵐，劉牛，劉興權（.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術學院環(huán)境科學系，湖南長沙40004；.長沙市規(guī)劃信息服務中心，長沙40000；.中南大學地學與環(huán)境工程學院，長沙4008）

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基于GIS的城市暴雨積水模擬預測方法

盧嵐1，劉牛2，劉興權3
（1.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術學院環(huán)境科學系，湖南長沙410004；2.長沙市規(guī)劃信息服務中心，長沙410000；3.中南大學地學與環(huán)境工程學院，長沙410083）

摘要：本文介紹了SWMM的相關情況，包括模型的分類、基本理論、數(shù)據需求等。闡述了城市暴雨積水預測方法，提出了SWMM與GIS集成的框架，并提出了一種新的自動劃分子流域的方法，探討了利用OSGGIS通過讀取SWMM模擬結果，結合地形數(shù)據、地物數(shù)據等生成三維地形及地物，配合以真實的三維場景從而實現(xiàn)地面水淹過程三維動態(tài)仿真的過程。研究結果表明，GIS與SWMM的集成可大大提高計算的效率和計算結果的精度，而實現(xiàn)地面水淹過程的三維動態(tài)仿真提供了更為直觀和有效的預測手段，可以提高快速反應和應急指揮能力。

關鍵詞：城市暴雨積水；GIS；SWMM；三維動態(tài)仿真

本文引用格式：盧嵐，劉牛，劉興權.基于GIS的城市暴雨積水模擬預測方法［J］.新型工業(yè)化，2016，6（6）：60-67.

Citation： LU Lan， LIU Niu， LIU Xing-quan.Urban Rainstorm Waterlogging Prediction Method Based on GIS［J］.The Journal of New Industrialization，2016，6（6）： 60-67.

0 引言

城市暴雨積水，即指降雨下落城市區(qū)域形成徑流后由于地勢低洼、排水不及時等原因造成的一定徑流深度地面積水［1］。國內外大中城市由暴雨積水引起的洪水災害事件頻發(fā)，使得城市洪水問題成為全世界關注的問題。因此，對城市暴雨積水問題進行研究，提高城市暴雨積水的預測預警能力，為決策者制定防災減災措施提供理論依據顯得尤為重要［2］［3］。國外從20世紀60年代就已經開始對城市洪水災害的防治研究的過程，且產生了很多優(yōu)秀的城市排水模型，例如比較出名的有1971年美國環(huán)保總署研發(fā)的暴雨管理模型（SWMM），美國陸軍工程兵師團水文學中心的蓄水、處理與溢流模型（STORM），英國公路研究所提出的公路研究所法（TRRL），伊利諾城市排水模型（ILLUDAS），辛辛那提大學城市徑流模型（UCURM）等，這些模型都在國外很多城市得到重要應用［4］。各個模型都有自己的特點和應用范圍。我國關于城市排水模型的研究比國外要晚，我國自行研制的新安江模型、雙超產流模型、河北雨洪模型、姜灣徑流模型、雙衰減曲線模型等，從國外引進的模型主要有水箱模型、薩克拉門托模型、SMAR 模型，以及改進的國外模型，如連續(xù)API 模型、SCLS 模型和NAM 模型［5］。20世紀90年代，崔遠來等人運用降雨徑流關系法對北京市產流模型進行研究［6］。劉俊等人對SWMM進行改進，提出了城市化地區(qū)水文水力計算和模擬的城市排水模型，模型應用于天津實驗區(qū)，效果良好［7］［8］。21世紀初，徐向陽等將水文學和水力學結合建立了城市地面積水數(shù)學模型，并將其應用于上海市防汛決策支持系統(tǒng)［4］。近幾年，南京、哈爾濱、南昌、西安等城市都陸續(xù)通過運用各自建立或改進的城市排水模型開展了與城市暴雨積水問題相關的研究［9-12］。但是，目前我國的洪水預報技術相對于國外發(fā)展前沿仍存在差距，期待進一步得到發(fā)展。本文將從數(shù)字高程模型結合水文氣象耦合方面入手來研究城市暴雨積水預測方法。筆者在引進美國城市雨洪管理模型SWMM的基礎上，利用GIS技術對城市暴雨積水模擬與預測的方法及應用做了研究。本文介紹了SWMM基本理論及參數(shù)的獲取方法，闡述了SWMM與GIS集成來模擬計算的方法，探討了利用OSGGIS實現(xiàn)地面水淹過程三維動態(tài)仿真的過程。

1 SWMM構成、數(shù)據需求和模型函數(shù)

SWMM是美國環(huán)?？偸鹧兄频囊粋€可以對雨洪進行管理、分析、設計的動態(tài)的雨水—徑流模擬模型。在本文中，僅使用該模型來模擬單一事件的徑流和排水管網的水量狀況，不涉及到對水質問題的研究［13］［14］。

1.1 SWMM構成

SWMM包括服務模塊和功能模塊兩個部分。服務模塊由統(tǒng)計模塊、圖形模塊、聯(lián)合模塊、降雨模塊和氣溫模塊組成。功能模塊由徑流模塊、傳輸模塊、擴展模塊和調蓄/處理模塊組成。各模塊既可連續(xù)運行，也可單獨運行。統(tǒng)計模塊的主要功能是分離連續(xù)性降雨事件的模擬結果，從而形成單場降雨徑流，根據降雨頻率設置徑流及污染物參數(shù)等。圖形模塊的主要功能是對模擬計算后的結果的表格化和圖形化。聯(lián)合模塊主要用來串接前后模塊之間的演算資料及檔案，使演算能水力進行。降雨模塊用來模擬降雨事件，雨量數(shù)據可以是實際獲取的數(shù)據，也可以用通過經驗或理論公式推求而來的降雨模型，然后將其輸入至地表徑流模塊以進行連續(xù)性的模擬計算。溫度模塊可處理長時期溫度、蒸發(fā)量、融雪資料及風速，然后將其輸入至地表徑流模塊以進行計算。徑流模塊分為地面產流模塊和地面匯流模塊。地面產流模塊用來模擬降雨在扣除蒸發(fā)、截留、洼蓄和入滲后產生徑流的過程，地面匯流模塊是用來模擬地面產流模塊產生的徑流匯集到各子流域出水口的入流過程。傳輸模塊模擬的是水體從管道，溢水口等傳輸至受納水體模塊和調蓄處理模塊的過程。以動力波方法進行水力演算，并可推算晴天水量及水質問題。 擴展傳輸模塊利用一維的圣維南方程作水力演算（不包括水質），因此模塊是以動力波進行水力演算，可模擬的徑流狀況包括：回路型排水管網系統(tǒng)、壓力管網計算等。調蓄/處理模塊主要用來模擬蓄水量及水質的計算及處理。執(zhí)行模塊的主要功能是指定檔案的編排資料及公式的執(zhí)行秩序。它們之間的關系如圖1所示。

圖1 SWMM模型結構圖Fig.1 SWMM model structure

1.2 數(shù)據需求

為了模擬排水系統(tǒng)的水文，水力和水質情況，SWMM在模擬過程中需要對組成排水系統(tǒng)的對象設置大量的參數(shù)。在本研究過程中，將參數(shù)分為確定性參數(shù)和不確定性參數(shù)兩大類。具體所需的輸入參數(shù)如表1所示：

表1 SWMM模型所需參數(shù)Tab.1 Required of SWMM model parameters

1.3 模型函數(shù)

SWMM有一系列的函數(shù)，以供用戶調用。下面將對主要的一些函數(shù)的功能進行介紹［13］：

swmm_start：SWMM初始化函數(shù)，該函數(shù)的功能是實現(xiàn)SWMM引擎的初始化；

swmm_open：SWMM打開函數(shù)，該函數(shù)的功能是實現(xiàn)打開SWMM引擎，用來分析一個新工程；

swmm_step：SWMM步驟函數(shù)，該函數(shù)的功能是在下一個報告時間前實現(xiàn)模型的模擬計算；

swmm_run：SWMM運行函數(shù)，該函數(shù)的功能是運行SWMM模擬計算過程，該函數(shù)需要的參數(shù)為模型文件、報告文件及輸出文件。模型文件為文本文件，可以直接打開并批量編輯，報告文件為文本文件，可以直接打開并讀取，輸出文件為二進制文件，不能直接打開，但可以利用SWMM的其他函數(shù)來獲取；

swmm_report：SWMM報告函數(shù)，該函數(shù)的功能是在模擬完成后以文本格式報告模型的輸出結果；

GetSwmmResult：SWMM結果獲取函數(shù)，該函數(shù)的功能是實現(xiàn)對二進制文件數(shù)據的讀取，讀取模型在運行過程產生的大量結果信息；該函數(shù)可以在VB環(huán)境下直接應用。

RunSwmmDll：SWMM動態(tài)連接庫函數(shù)，該函數(shù)的功能是運行SWMM。該函數(shù)運行需要模型文件，在運行結束后，將自動生成輸入文件和報告文件。該函數(shù)也可以在VB環(huán)境下直接應用。

2 SWMM與GIS集成框架

將SWMM計算內核嵌入到城市暴雨水災害模擬預測GIS集成平臺中，空間數(shù)據庫中存儲和管理多用戶空間數(shù)據庫的通路，將基礎數(shù)據子庫、氣象數(shù)據子庫及管線數(shù)據子庫中的數(shù)據通過數(shù)據處理接口提供給GIS集成處理。

圖2 SWMM與GIS集成框架圖Fig.2 SWMM and GIS integration frame

2.1 SWMM與GIS數(shù)據交互

空間數(shù)據庫是排水管網系統(tǒng)的核心，亦是城市暴雨積水預測過程中的重要內容，地理信息數(shù)據有時效性強的特點，其更新是通過空間信息服務平臺用現(xiàn)勢性強的現(xiàn)狀數(shù)據或變更數(shù)據更新數(shù)據中非現(xiàn)勢性的數(shù)據，從而達到保持現(xiàn)狀數(shù)據庫中空間信息的現(xiàn)勢性和準確性或提高數(shù)據精度；同時將被更新的數(shù)據存入歷時數(shù)據庫中供查詢檢索、時間分析、歷史狀態(tài)恢復等［15］。同時由于空間數(shù)據庫有存儲和管理海量數(shù)據的能力，這也大大提高了排水管網系統(tǒng)的快速響應能力。

空間數(shù)據庫是GIS的重要組成部分，其強大的空間數(shù)據管理能力可以存儲預測過程中所需的所有數(shù)據，包括DEM數(shù)據、氣象數(shù)據、管線數(shù)據等。GIS強大的空間數(shù)據管理能力保證了模型數(shù)據的準確性與運行的效率。由于GIS空間數(shù)據庫存儲數(shù)據參考了空間坐標系，所以可用來識別地圖要素之間的空間關系。

GIS平臺與SWMM原本獨立運行，他們通過SWMM模型文件連接到一起。SWMM模型文件即一個ASCII文件，通過GIS的數(shù)據處理功能，生成文件所需數(shù)據。同時，GIS將處理SWMM計算后的模擬結果，實現(xiàn)地面積水的三維動態(tài)顯示。

2.2 SWMM與GIS數(shù)據接口

SWMM提供了很多的 DLL（動態(tài)連接庫）以供程序調用計算內核。DLL是一個包含了可由多個程序同時使用的代碼和數(shù)據的庫，不是可執(zhí)行的文件。使用DLL可以實現(xiàn)程序的模塊化管理，有利于資源共享以及內存節(jié)省，以及解決平臺的差異問題。使用DLL可以極大地保護用在不同開發(fā)工具、不同時期所做的工作，提高編程的效率。

圖3 SWMM與GIS邏輯關系圖Fig.3 SWMM with GIS logic diagram

利用GIS技術生成SWMM模型文件后，通過調用SWMM的計算內核，模擬計算完成后生成結果輸出文件，接著GIS將輸出文件存入數(shù)據庫中，并完成結果的表達。其邏輯關系如圖3所示：

SWMM在被調用計算內核時提供了以下三個文件作為數(shù)據接口［16］：

（1）輸入文件

這是一個包含模擬一個指定區(qū)域內的降雨事件所需的所有信息的文本文件。文件被分成若干部分，每個部分以一個關鍵字作為開頭，在每個關鍵字下面是具體的屬性數(shù)據內容。

（2）輸出報告文件

SWMM5輸出報告文件為一個文本文件，此文件包含模擬運行狀態(tài)信息。同事包含了運行后的錯誤信息以及各種計算結果的總結信息等。為SWMM5提供了一個輸出報告文件的文件名和輸出路徑，其計算引擎將運行并書寫文件的內容。

（3）輸出二進制文件

SWMM5模擬過程中，每個事物在每個步長時刻各個水力因素的模擬結果，包含了輸出二進制文件。例如，設定5秒為模擬步長，則每秒就會將每個檢查井、管道和匯水區(qū)的水力因素寫入到二進制文件。

3 SWMM模擬預測

3.1 子流域劃分

為了得到更好的模擬結果，SWMM將研究區(qū)域劃分成若干個子流域，然后按照各個子流域的特性分別進行徑流計算。傳統(tǒng)的方法都是采用人工勾畫的方法來獲得子流域，但是這種方法由于人工因素不確定性很大，難以獲得正確的劃分結果，加上本文涉及的研究區(qū)域范圍較大，采用這種方法必然會對模擬結果產生影響。故本文采用了基于GIS水文分析的方法來劃分子流域。

子流域劃分的重要數(shù)據來源即是基礎地形數(shù)據（DEM）。通過對DEM數(shù)據的分析，子流域劃分過程中匯水的走向將按照地勢由高到低排放。但是，由于城市的復雜性，往往在實際的劃分過程中，我們必須按照實際情況來考慮劃分。在掌握實際數(shù)據的情況下應對地面高程等數(shù)據進行處理與分析。另外，子流域的劃分與流域的土地利用類型有很大的聯(lián)系。每一個子流域一般都包含多種土地利用類型，不同的土地利用類型的性質均不相同。不同的土地利用類型的子流域有不同的不透水區(qū)域百分比、曼寧系數(shù)等參數(shù)的不同。

3.2 參數(shù)設置

參數(shù)設置方式采用兩種，對于確定性的參數(shù)一般采用GIS技術以及根據實際數(shù)據來獲得；對于不確定性參數(shù)首先通過參考前人的取值經驗，然后將他們的所取的參數(shù)放在本研究中反復試驗，同時參考優(yōu)化參數(shù)的方法獲得適合本研究的參數(shù)［17］。

GIS技術具有強大的空間數(shù)據管理和空間分析功能，可以獲得人工量測難以獲得的數(shù)據，例如平均坡度百分比，寬度，面積等。而對于其他的不確定性參數(shù)，根據研究區(qū)地面特征以及參考其他研究區(qū)的取值經驗。SWMM參考手冊中也提供了地表徑流，管道和渠道的曼寧系數(shù)的取值范圍，在模擬計算過程中需根據不同的實際情況進行適當?shù)倪x取。雨量數(shù)據根據實際的雨量值來進行設置，如果需要模擬退水過程，可以將模擬時間設置成比降雨的時間稍長的時間。

參數(shù)不透水區(qū)域的比例涉及到了土地利用類型的問題，一般認為不透水率與土地利用類型具有一定的相關性，不同土地利用類型的不透水面積比不同。首先通過對遙感影像進行信息提取更新研究區(qū)域內土地利用現(xiàn)狀圖，再通過GIS技術，結合劃分好的子流域數(shù)據，根據不同的土地利用類型的滲透率，計算出不同子流域的不透水比例參數(shù)。同時，通過遙感技術對水體特征進行提取，對已有的河流數(shù)據校核起到參考作用。這些都大大提高了模擬計算的準確性［18］。

3.3 模型文件

SWMM提供了兩種方式來輸入參數(shù)，第一種方式是在地圖上手動繪制對象以及在SWMM軟件用戶界面輸入參數(shù)；第二種方式是構建一個SWMM工程文件，在文件中對參數(shù)進行設置。對于較為復雜且大型的工程來說，顯然第二種方式更為方便，效率更高。

模型文件包含模擬計算過程所有的對象及其對應的參數(shù)，在這個文件中可以方便地對參數(shù)進行批量編輯或修改。同時，如果參數(shù)在模型界面中被修改，文件也會隨之自動完成修改。在本研究中，對于利用GIS技術獲得的子流域數(shù)據，GIS數(shù)據格式的管道數(shù)據，節(jié)點數(shù)據，都是以點的坐標數(shù)據形式寫入到文件中，避免了手動繪制對象，從而保證了模型使用的數(shù)據與原始數(shù)據的一致性，使得模擬計算結果更為準確。

3.4 結果表達

SWMM預測結果可以以圖表、表格和文件的形式來表達。圖表包括：時序圖、剖面圖、散點圖、表格等。文件輸出為狀態(tài)報告，對于長期連續(xù)的模擬，還有統(tǒng)計報告，可以對模擬結果進行統(tǒng)計分析。

在本文中選擇了兩種方式來查看結果：時序圖、剖面圖。下面介紹這兩種結果輸出形式，本文中沒有用到的方式不作闡述。

3.4.1 時序圖

時序圖可以展示模擬對象的變量隨著時間變化的變化過程，包括子流域、管道、節(jié)點對應的變量，它還可描述特定的變量，例如總降雨量、總徑流、總溢流等的時序圖。

3.4.2 剖面圖

剖面圖展示的是連接排水管網管道和節(jié)點內的水深變化情況，它表達的是變量的豎向位置的關系。剖面圖一旦創(chuàng)建將會隨著選擇的時間段而自動更新，同時，配合以動畫形式，動態(tài)地展示水位變化情況，反映了管道及各結點積水的特性和持續(xù)過程，為防洪減災決策提供較為快捷、直觀的信息支持。

4 洪水演進三維動態(tài)仿真

在本文中，首先利用SWMM來模擬計算，然后將計算的結果作為輸入數(shù)據利用OSGGIS （OpenScenceGraph GIS）技術來表達，實現(xiàn)地面三維動態(tài)仿真。下面介紹OSGGIS預測方法。

4.1 OSGGIS數(shù)據收集

OSGGIS預測過程中首先涉及數(shù)據的收集，主要包括地形數(shù)據、地物數(shù)據、行政區(qū)劃數(shù)據、地物紋理、SWMM模擬的水深數(shù)據。在洪水演進三維動態(tài)可視化實現(xiàn)過程中，由于SWMM的模擬的計算結果不能直接調用，所以需要將結果文件轉換成OSGGIS中可以讀取的文件格式，在本文中，通過調用SWMM動態(tài)鏈接庫將結果輸出文件轉化成sww格式并保存。

4.2 OSGGIS工程文件

OSGGIS的工程文件其實就是一個指令集。執(zhí)行該指令集就可以從要素和柵格數(shù)據中編譯出OSG 的3D幾何體?？梢酝ㄟ^xml文件定義整個工程然后使用osggis_build命令行工具來編譯將數(shù)據轉換成ive格式數(shù)據。工程文件的主要元素包括：工程、圖層、場景、數(shù)據源、紋理資源、包含的文件等?？筛鶕煌男枰x擇元素。工程文件的基本格式如下所示：

4.3 淹沒區(qū)計算方法

利用OSGGIS技術來預測城市暴雨積水主要是對SWMM模擬計算后的結果溢出地面部分的三維可視化，即洪水演進過程的動態(tài)模擬。在洪水演進模擬的過程中，淹沒區(qū)的計算分為兩種情況：無源淹沒和有源淹沒。無源淹沒是指研究區(qū)域均勻降水，所有低洼處都可能積水，有源淹沒是指非均勻降雨，高處洪水有可能向鄰域低洼處蔓延。

對無源淹沒的處理相對簡單，只需將流域內所有低于或等于預測水位高程的像元都將計入緩沖區(qū)，經累加形成淹沒范圍。有源淹沒區(qū)的淹沒范圍計算比較復雜，種子蔓延算法是一種比較適合有源淹沒的處理方法。種子蔓延算法的核心思想是將給定的種子點作為一個對象，賦予特定的屬性，在某一平面區(qū)域上4個方向游動擴散，求取滿足給定條件、符合數(shù)據采集分析精度、且具有連通關聯(lián)分布的點的集合［19］。無源淹沒和有源淹沒所獲得的區(qū)域，必須與行政區(qū)劃矢量數(shù)據進行疊加計算，才能最后得出淹沒區(qū)的實地位置。矢量行政區(qū)劃層在疊加前需轉換成柵格數(shù)據。

4.4 效果

OSGGIS通過建立城市三維地形模型和城市建筑物模型，直觀地展示了洪水演進全過程的可視化。如下圖所示：

圖4 三維動態(tài)仿真Fig.4 3 d dynamic simulation

從圖中可以看出，隨著時間的變化，地面的積水動態(tài)地漲消，配合以真實的場景，實現(xiàn)了深圳市地面洪水的漲消的三維可視化

5 結語

通過研究，得出以下主要結論：1）GIS為SWMM所需的數(shù)據的存儲和持續(xù)操作提供了一個穩(wěn)定并且高效的平臺。不僅可以獲取SWMM所需但卻難以通過實際測量獲取的參數(shù)，還可以對模型所需數(shù)據進行校驗，為建模提供了可靠的數(shù)據源；2）在本研究中采用了一種新的利用ArcSWAT工具來劃分子流域的方法，實現(xiàn)了子流域的自動劃分，并從劃分結果看該方法適用于SWMM的模擬預測；3）通過研究可以得出GIS與SWMM可以集成來實現(xiàn)對城市暴雨積水的模擬預測，GIS與SWMM的集成，可大大提高計算的效率和計算結果的精度，從而可以提高城市水災害研究的信息化和數(shù)字化水平，為決策者制定防洪減災措施提供科學的理論依據；4）利用OSGGIS技術可以通過讀取SWMM模擬結果，結合地形數(shù)據、地物數(shù)據等生成三維地形及地物，配合以真實的三維場景，可以實現(xiàn)地面水淹過程的三維動態(tài)仿真，提供了更為直觀和有效的預測手段，可提高應急指揮能力。

今后的工作可以從以下幾個方面繼續(xù)研究：1）本文沒有實現(xiàn)地下排水管道系統(tǒng)模擬預測與地面水淹過程三維動態(tài)仿真的完全集成，兩個過程是分兩個部分分別進行的，整個預測過程的效率將會受到一定影響，所以在今后的工作中可以嘗試實現(xiàn)兩者的完全集成；2）本研究在實現(xiàn)三維可視化的過程中僅僅實現(xiàn)了地面上的水淹過程，地下管道的水體運動情況的研究并沒有涉及，所以在今后的研究中可以將地面積水漲消過程與地下排水管線相結合實現(xiàn)三維動態(tài)仿真，且可以通過添加道路、降雨或其他數(shù)據使模擬場景更加真實。

參考文獻

［1］ 楊戈，吳升.城市暴雨積水模擬方法分析及研究［J］.測繪信息與工程，2009，34（1）：35-37.YANG G，WU S.Urban storm water Simulation Analysis and Research［J］.Journal of Geomatics，2009，34（1）：35-37.（in Chinese）

［2］ 郭志鵠，吳勝安，鄧見英.暴雨洪澇災害影響評估若干問題探討［J］.廣東氣象，2008，30（5）：29-32.GUO Z K，WU S A，DENG J Y，et al.Flood disaster impact assessment to explore a number of issues［J］.Guangdong Meteorological，2008，30（5）：29-32.（in Chinese）

［3］ 方國華，鐘淋涓，苗苗.我國城市防洪排澇安全研究［J］.災害學，2008，23（3）：119-123.FANG G H，ZHONG L D，MIAO M，et al.China’s urban flood control and drainage Safety Research［J］.Disaster，2008，23（3）：119-123.（in Chinese）

［4］ 徐向陽，劉俊，郝慶慶，等，城市暴雨積水過程的模擬［J］.水科學進展，2003，14（2）：193-196.XU X Y，LIU J，HAO Q Q，et al.Process simulation of urban storm water ［J］.Advances in Water Science，2003，14（2）：193-196.（in Chinese）

［5］ 中國水利學會，水利學科發(fā)展報告：2007-2008［M］.北京：中國科學技術出版社，2008.Chinese Hydraulic Engineering Society，WATER RESOURCES Subject Development Report： 2007-2008 ［M］.beijing： China Science and Technology Press，2008.（in Chinese）

［6］ 崔遠來，白憲臺，劉毓川，等.北京城市雨洪系統(tǒng)產流模型研究［J］.北京水利，1996，23（6）：42-44.CUI Y L，BAI X T，LIU Y C，et al.Research on Beijing Urban Stormwater runoff model system ［J］.Beijing water conservancy，1996，23（6）：42-44.（in Chinese）

［7］ 劉俊.城市雨洪模型研究［J］.河海大學學報： 自然科學版，1997，25（6）：20-24.LIU J.Urban Stormwater Model ［J］.Hohai University： Natural Science，1997，25（6）：20-24.（in Chinese）

［8］ 劉俊，徐向陽.城市雨洪模型在天津市區(qū)排水分析計算中的應用［J］.河海水利，2001，1：8-11.LIU J，XU X Y.Urban rainwater drainage analysis model in the Tianjin area Calculation［J］.Hohai water conservancy，2001，1：8-11.（in Chinese）

［9］ 解以揚，李大鳴，沈樹勤，等.“030704”南京市特大暴雨內澇災害的仿真模擬［J］.長江科學院院報，2004，21（6）：73-76.JIE Y Y，LI D M，SHEN S Q，et al.Simulation “030 704” Nanjing rainstorm waterlogging disasters［J］.RIVER SCIENTIFIC RESEARCH，2004，21（6）：73-76.（in Chinese）

［10］ 景學義，劉宇飛，王永波，等，哈爾濱市城市內澇檢測預警系統(tǒng)建設［J］.災害學，2009，24（1）：54-57.JING X Y，LIU Y F，WANG Y B，et al.Harbin urban waterlogging monitoring and warning systems［J］.Disaster，2009，24（1）：54-57.（in Chinese）

［11］ 黎健，殷劍敏，張瑛，等.南昌市城區(qū)暴雨積水的數(shù)值模擬［J］.南京氣象學院學報，2007，30（4）：450-456.LI J，YING J M，ZHANG Y，et al.Numerical Simulation of Nanchang City stormwater［J］.Nanjing Institute of Meteorology，2007，30（4）：450-456.（in Chinese）

［12］ 王建鵬，薛春芳，薛榮，等.西安城市暴雨內澇災害氣象預警系統(tǒng)研究［J］.災害學，2008，23（增）：45-49.WANG J P，XUE C F，XUE R，et al.Meteorological disaster warning system rainstorm waterlogging in Xi’an［J］.Disaster，2008，23（增）：45-49.（in Chinese）

［13］ Eric W P，Carol M W.Assessing the importance of conduit geometry and physical parameters in karst systems using the storm water management model（SWMM） ［J］.Journal of Hydrology，2006，329 ： 294-305.

［14］ Giron E.Development of a SWMM-GIS flood model for new Orleans drainage pumping station NO 4 basin［D］.New Orleans： University of New Orleans，2005.

［15］ 吳信才.空間數(shù)據庫［M］.北京：科學出版社，2009.WU X C.Spatial Database［M］.Beijing：Science Press，2009.（in Chinese）

［16］ 謝瑩瑩.城市排水管網系統(tǒng)模擬方法和應用［D］.上海：同濟大學，2007.XIE Y Y.Municipal sewer system simulation and application［D］.Shanghai：Tongji University，2007.（in Chinese）

［17］ Choi K S，Ball J E.Parameter estimation for urban runoff modelling［J］.UrbanWater，2002，4： 31-41.

［18］ 何延波，楊琨.遙感和地理信息系統(tǒng)在水文模型中的應用［J］.地質地球化學，1999，27（2）：99-103.HE Y B，YANG K.Remote sensing and GIS applications in Hydrological Model ［J］.Geological and geochemical，1999，27（2）：99-103.（in Chinese）

［19］ 劉仁義，劉南.基于GIS的復雜地形洪水淹沒區(qū)計算方法［J］.地理學報，2001，56 （1） ：1-6.LIU R Y，LIU N.A GIS-based Flood Area Calculation Method［J］.Geographical Sciences，2001，56 （1） ：1-6.（in Chinese）

［20］ 盧嵐，劉牛，劉興權，等.基于數(shù)字城市的地下管網管理系統(tǒng)［J］.新型工業(yè)化，2016，6（2）：34-40.LU L，LIU N，LIU X Q，et al.The underground pipe network management system based on digital city［J］.The Journal of New Industrialization，2016，6（2）：34-40.（in Chinese）

DOI：10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.06.007

作者簡介：盧嵐（1983-），女，講師，地理信息系統(tǒng)；劉牛（1987-），男，本科，地理信息系統(tǒng)；劉興權（1962-），男，教授，計算機系統(tǒng)

Urban Rainstorm Waterlogging Prediction Method Based on GIS

LU Lan1， LIU Niu2， LIU Xing-quan3
（1.Changsha Environmental Protection Vocational College， ChangSha 410004， China； 2.Changsha City Planning Information Service Center ， ChangSha 410000， China； 3.Central South University， ChangSha 410083， China）

ABSTRACT：In this paper， the model classification， basic theory， data demanding of SWMM are introduced.Next， the method of simulating and forecasting have been elaborated， the integration frame of GIS and SWMM is proposed， a new method of sub-watershed partition is suggested， and the method to realize the dynamic visualization of rising and descending water depth on the ground is studied， using OSGGIS technology through reading the result of SWMM with DEM data， 3D building data etc.The results show that the application of GIS and RS technology in the process of calculating can extremely improve the efficiency of calculation and the precision of its results.The 3D dynamic simulation realized by integrating GIS technology and SWMM offers a kind of prediction method with more direct-viewing and effective characteristics， which can be applied to establish flood-mitigation measures.

KEyWORDS：Urban rainstorm waterlogging； GIS； SWMM； 3D dynamic simulation