GIS技術在洪水預報中的應用

侯婷娟

（資興市水文水資源局湖南 郴州 423403）

GIS技術在洪水預報中的應用

侯婷娟

（資興市水文水資源局湖南 郴州 423403）

洪水災害是常見的自然災害之一，常常會給人民的生命和財產安全造成巨大威脅。如果能夠在洪水預報中應用GIS技術，通過對洪水災害的模擬，結合洪水淹沒區的水文地質等特征，分析洪水的演進規律，即可為洪水災害的預報和防治提供重要依據。本文探討了GIS技術在洪水預報中的應用，以供參考。

GIS技術；洪水預報

1 引言

洪澇災害與自然界水循環規律的變化有著密切的聯系，而人類活動對流域的水循環的因素很大的影響。洪水預報主要是依據洪水的形成與運動規律，利用水文、氣象等信息，預測洪水的發生、變化過程，以此作為防汛搶險、防洪系統調度運用的重要決策依據，同時為水資源的合理利用與保護、水利工程建設與管理以及工農業的安全生產服務奠定基礎。

2 洪水預報與GIS技術

2.1 洪水預報概述

所謂水文預報，指的是依據前期、現時的水文氣象資料，對未來一定時間內相應的水文狀況，進行科學的預測，并發布相關預報的技術，對于洪水的預報在水文預報中，占據重要的地位，同時也應用最為廣泛。

對于洪水的預報，需要依據所采集的實時觀測資料信息，包括雨量、蒸發、水位資料等，對未來可能發生洪水總量、洪峰、發生時間以及洪水發生過程進行預測和預報，進而完善洪水的預報方案，為防洪調度提供參考。洪水預報的主要內容包括兩方面：①流域內的降雨產流預報，是將降雨過程的損失扣除，運用產流機理，計算出相應的凈雨過程；②匯流預報，主要包括流域的匯流預報與河道匯流預報兩個部分，其中，流域匯流預報主要針對流域地面的徑流、壤中流以及地下徑流匯至河道出口時，其斷面流量的預測；而河道匯流預報，則主要是預報河道各個出口的斷面流量，經過河道調蓄作用演進后，至流域總出口的斷面流量。

洪水預報作為實現有效防洪的非工程措施重點內容之一，能夠直接給防汛搶險、水資源的合理利用、水利工程的建設、調度運用的管理以及工農業安全生產服務等工作的開展提供了重要依據，同時幫助人們有效減小洪水災害所造成的損失。洪水預報的主要內容包括：最高洪峰水位或流量、洪峰出現時間、洪水漲落過程、洪水總量等。

2.2 3S技術及GIS技術

3S技術的組成，為遙感技術（RS）、地理信息系統（GIS）以及全球定位系統（GPS），屬于一項集空間技術、傳感器技術、衛星定位導航技術以及計算機技術、通訊技術于一體的現代化信息技術，能夠多學科高度集成地針對空間信息，實現采集、處理、管理、分析、表達、傳播與實際應用。近年來，3S技術不斷發展，逐漸在水利工程中得到廣泛的應用，包括防洪減災、水土流失調查預測以及水土保持規劃、水資源實時動態監測和科學管理、水利工程的勘察規劃及維護管理、農田水利現代化等多方面。

GIS技術的系統組成主要包括計算機硬件、軟件以及不同的方法，通常情況下，GIS在系統設計方面，重視對于空間數據的收集、管理、處理、分析、建模以及顯示等各個處理模塊，將復雜的規劃與管理問題進行簡化，從而為能夠深入進行數據信息分析和決策，提供可靠的理論基礎。

GIS技術根據系統的基本功能，通常可以分成兩大基本類型，即工具型地理信息系統與應用型地理信息系統，前者主要包括的是以GIS技術作為工具的，對數據實施輸入、存儲、處理、分析以及輸出等處理工作的系統；后者則更加重視具體應用，可以進一步細分為地理信息系統、區域綜合地理信息系統，要求根據具體的專業、領域或工作內容等，對GIS技術進行應用設計。

3 GIS技術在洪水預報中的實際應用

3.1 數據采集

為了確保洪水預報的及時準確性，對于相關數據的采集工作至關重要。利用GIS信息處理系統，配合預報模型，能夠完成對于氣象水文、水資源等信息的接收、處理，進而形成可實際使用的數據信息，并存入數據庫中，作為后期水文預報、信息服務以及相關會議商議的重要信息資源。

3.2 建立水文模型

利用數學模型、物理形式等，實現對于水文系統的模擬和預報，該水文模型的建立，對于水資源評價、配置、開發與利用而言是重要的基礎，更是實現水文自然規律研究，解決水文實際問題的重要工具，能夠在防洪減災、水庫調度、環境需水、水資源開發利用等方面，發揮重要作用。以某水文模型的建立為例，在針對該地水庫的入庫流量進行預報的過程中，進行了水文模型的模擬，得到了一個完整、成熟的降雨徑流模型，能夠廣泛應用于我國許多濕潤和半濕潤地區，成為運用非常廣泛的成熟水文模型。

3.3 洪水仿真演進與顯示

所謂洪水仿真演進顯示，主要是依據被測區域的水文、氣象等數據信息，結合當地的雨情、水情、流域坡度以及地表實際狀況等綜合狀況，運用洪水演進方式實現動態顯示的技術，從而計算出區域內外洪水的演進動態。該階段需要運用GIS技術的空間分析功能，建立流域地面的數字模型，結合所預測、實測的水雨情信息、地表滲透等實際狀況，通過產匯流模型計算，模擬出不同級別的洪水演進過程。以GIS技術為基礎，結合水利工程數據庫信息、歷史洪水與災情信息等，對歷史洪水進行反演。其中還可以配合使用RS技術所提供的洪水期，針對不同時間段的高分辨率遙感影像數據、流域各測站監測數據以及GIS中已有矢量數字地圖數據等，通過疊加分析，獲取流域洪水的動態信息，為洪水調控決策提供重要的依據和參考。

運用GIS技術對洪水演進淹沒情況進行分析，具體包括以下兩種情況：①在一定的洪水水位條件下，計算受災范圍內，低于該水位的淹沒區和淹沒區水深分布，該方法側重于對于淹沒結果的模擬，因而適用于較大范圍的均勻降雨淹沒狀況；②在一定流量、水位情況下，從源點開始，計算洪水所可能造成淹沒災害的范圍與水深分布狀況，該方式側重的是對于洪水淹沒過程的模擬，能夠動態模擬出洪水自一點向外逐步蔓延的整個過程，對于洪水的決堤、暴雨所引起的暴漲洪水向四周擴散情況等，進行良好的模擬。

3.4 建立網上發布平臺

網上發布平臺是的構建基礎是WEB GIS技術，能夠在Internet/Intranet上，實現GIS的在線查詢、數據共享與業務處理。系統則主要運用的是C/S結構（客戶機和服務器結構），實現多用戶同時瀏覽、查詢和使用功能；同時，各客戶端還可針對不同流域、地區、經濟發展水平和基礎設施的實際狀況，實現水資源管理中的各種重點問題設置功能；服務器端則能夠實時向各客戶端下達指令，由客戶端實時分析并上傳本地數據，輔助指揮中心相關決策，實現數據的動態共享。

3.5 災害快速評估

（1）評估流程定制。將工作流程中，各個環節的邏輯規則等，進行前后的好累組織，利用計算機進行模擬表達，并實施計算，并利用計算機，實現在多個參與者之間，按照預定規則進行文檔、信息和任務的自動傳遞。

（2）災害評估。按照所定制的評估流程，結合實際輸入的數據，采用調用算法集所提供的評估算法，計算獲得結果評估，最終保存評估成果，并進行可視化轉變。

（3）算法集管理與定制。所謂算法集，主要是一系列算法的集合，能夠為每一類的算法，定義統一的輸入、輸出形式，從而滿足洪水的模擬計算要求。

3.6 應用效果

為了針對洪水災害模擬可行性實現綜合炎癥，需要通過減災應用系統的災害應急響應分系統，開發相應的洪水災害模擬模塊，其流程如圖1所示。

由圖1可見，洪水會從潰壩點涌出，并在三維場景中不斷擴散，最終淹沒到居民區，從時間控制面板可以發現，從潰堤到淹沒至居民區的整個時間段內，通過可視化窗口，可以看出實際的淹沒狀況，并在淹沒的同時，查詢淹沒區域的各點洪水深度，進而直觀地表達災情。

通過線框效果圖（見圖2）可以發現，場景中所存在的不同分辨率、多塊DEM，使洪水能夠在大范圍、多層次、多分辨率的DEM上實現良好的運行。通過觀察洪水的范圍圖、水深圖與歷時圖，實現對于洪水災害的快速評估，最終利用人口數據、生命線數據和農作物數據等數據進行疊加分析，獲得相應的災害情況，從而為采取減災措施提供決策支持。

圖1 洪水災害模擬

圖2 洪水災害模擬線框效果圖

基于三維GIS平臺所建立的洪水災害實時模擬，能夠有效將洪水災害的整個演進過程，利用三維可視化的形式進行表達，并最終輸出相應的洪水范圍、水深以及歷時圖，支持洪水災害實現快速評估，總而為災害決策提供重要的參考依據。

4 結語

水文預報中GIS技術的應用，為地面徑流匯流等信息的采集提供了有效的方法，從而將流域地形分布特征與地面徑流匯流機理有機結合起來，使各參數都能夠發揮自身的物理意義，提高水文預報工作的精度，滿足防汛抗旱要求，投入實際的應用中去。

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[2]亞力昆·馬合木提.探析中小河流洪水預報的難點與解決方案[J].黑龍江水利科技，2014（3）：70～71.

[3]董前進，陳森林.統計相關條件下降水及洪水預報誤差相關分析[J].水文，2014，34（2）：14～18.

TV124

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1004-7344（2016）16-0100-02

2016-5-25

侯婷娟（1986-），女，助理工程師，本科，主要從事水文勘測方面的工作。