基于WebGIS的流域级洪水管理系统集成与应用

流域级洪水管理系统指为流域机构服务的洪水管理系统,是基于计算机网络、地理信息系统、数据库技术,专业分析模型,采用人机交互方式,按照统一标准与规范建立的流域洪水管理平台。为洪水预报、预警、预案编制、应急调度、风险评价、洪水整治、决策会商提供先进技术手段。本文首先讨论了流域洪水管理系统的结构设计与数据库,然后,以松花江流域洪水管理系统为例,对系统功能与分析模型进行了讨论。功能模块包括基础信息管理、洪水监视预警、洪水预报调度、二维洪水仿真、灾情评估、防汛管理等功能模块;分析模型方面,建立了水文-水力学耦合模型、全流域洪水预报模型与洪水调度模型。该模型由基于MIKE NAM的全流域降雨径流模型与基于MIKE11 HD的嫩江、二松、松干河道一维水动力模型组成。此外,在哈尔滨等4个重点城市与两个蓄滞洪区构建了MIKE21的二维洪水模拟模型,在城市、蓄滞洪区与防洪重点保护区,建立了灾情影响分析模型等。最后,利用WebGIS技术对这些功能模块进行了集成,建立了功能齐全的松花江流域洪水管理系统。作为国内第一个流域级洪水管理系统,松花江流域洪水管理系统的设计与建设,对流域级洪水管理系统的研究进行了有益的探索。     

雅鲁藏布江高能洪水沉积特征及地貌效应

青藏高原东南缘雅鲁藏布江流域的气候、水文、构造与地形条件具有发育超大冰川或滑坡堰塞湖及高能洪水的潜力。对高能洪水沉积特征的研究进展进行简要回顾,以青藏高原雅鲁藏布江流域广泛分布的高能洪水地貌和沉积证据为主要研究对象,探讨了该流域高能洪水沉积物的主要沉积特征及其形成原因,最后对该流域高能洪水的地貌效应进行了简要分析。结果表明：雅鲁藏布江流域高能洪水形成的巨型边滩以涡流型边滩居多,其次为点状边滩和吊坠型边滩,未见牵引型边滩;就沉积特征而言,该流域高能洪水巨型边滩的内部沉积以水平叠层为主,波纹及交错层理层、粉砂层、斜坡沉积和粗砾平行层理层亦见分布;高能洪水等极端地表过程在青藏高原及雅鲁藏布江的泥沙输移及地貌演变中发挥着关键作用。     

降雨数据空间分辨率在城市流域洪峰变化分析中的影响

在气候变化和城市化背景下,城市暴雨的局部特征愈发明显,而降雨监测和预报数据空间分辨率难以满足空间分布描述要求,造成城市洪涝模拟和预测结果存在不确定性。本文选择深圳市城区的3个流域,基于118场实测降雨数据,通过逐步增大网格尺寸以达到降低降雨空间分辨率的效果,同时以流域边界作为限制,保证流域内面平均雨量不变,然后将不同空间分辨率的降雨数据分别作为城市洪涝模型的输入条件,对流域出口断面的洪水过程进行模拟计算,每场降雨得到6种不同空间分辨率下的洪峰流量。结合降雨中心、流域几何中心等空间特征参数,分析降雨空间分辨率对流域洪峰的影响。研究结果表明,针对118场实测降雨,随着降雨数据空间分辨率逐渐降低,3个流域的出口断面的洪峰变化幅度逐渐增大;如果忽略了流域内部降雨数据的空间分布差异,洪峰变化幅度和方向与降雨中心和流域几何中心的空间关系具有相关性,降雨中心在流域几何中心上游方向的距离越大,洪峰降低的幅度越大。本文基于3个城市流域得到了相似的研究结论,研究方法可为城市流域洪涝模拟提供借鉴,研究结果可为河道洪水风险评价提供参考。     

基于F-DEM的洪水淹没区精确快速提取

洪水淹没区包括洪水淹没的范围与深度,准确、高效地获取洪水淹没区是洪灾评估及减灾救灾的关键。本文针对现有洪水淹没范围与深度的快速计算及精度方面的不足,设计了洪水淹没区精确快速提取方法。首先,通过特征嵌入式DEM(F-DEM)数字地形建模技术,修正常规格网DEM对沟渠、坎堤等突变地形描述的失真问题;然后,基于洪水水位监测数据,采用Kriging内插模型构建洪水淹没面;最后,通过GIS多层面叠加及空间查询分析,获取真实淹没区信息。以温州水头镇水位监测点数据为基础,对其暴风潮后的洪水淹没区进行了分析,并利用大区域模拟水位监测点数据对提取方法效率作了测试。实验结果表明,该方法能较好地解决大区域海量数据条件下的淹没区提取问题。     

南宁表层土壤养分的空间分布特征研究

文章以南宁市六城区、武鸣县和横县部分地区共1.1万km2的区域为研究区,采集2771件表层土壤组合样品,分析了N、P、K2O的含量,并运用Gis和地统计学方法,分析了养分含量的平均水平、概率分布特征、空间异质性和空间分布特征.土壤养分的空间分布特征研究为因地制宜开展施肥工作和有效利用土壤提供了依据.     

Sentinel-1 SAR在洪水范围提取与极化分析中的应用研究

在洪水灾情监测中,快速准确的获取淹没区域和洪灾面积,对防汛救灾和灾后重建工作具有重要价值。本文以2017年美国圣路易斯洪水为例,基于Sentinel-1 SAR数据,利用变化检测和阈值相结合的方法实现大范围洪水淹没提取,将VV/VH极化数据分别与从同期Sentinel-2光学影像中获取的洪水淹没范围进行比较,评定极化方式的洪水适用性优劣程度。不同的SAR极化数据对洪水监测的适用性不同,通过绘制各极化不同时期的后向散射横断面线来分析多极化中的散射响应特征。研究表明：Sentinel-1 VV/VH极化数据均能以超过82%的高精度识别出洪水,VV极化洪水提取时产生的误判更少;在同样的区域,相较于VH,Sentinel-1 VV极化信号的散射程度小了约28%,在洪水中的信息敏感,更适用于洪水灾害的淹没范围监测。     

郴州市“三生”空间适宜性评价及其特征分析

“生产—生活—生态”空间（“三生”空间）适宜性评价是国土空间规划和管理的基础,对于协调国土空间开发与保护、平衡区域发展具有重要意义。以湖南省郴州市为研究对象,首先基于空间适宜性构建评价指标体系,开展“三生”空间适宜性评价,定量划分“三生”空间;然后依据适宜性评价结果,对“三生”空间的空间分布特征、“三生”空间适宜性耦合协调特征及其空间自相关性进行分析。结果表明：（1）生产空间和生活空间适宜性具有相似的空间分布特征,生态空间适宜性分布格局则呈相反空间分布特征;（2）生产空间、生活空间和生态空间总体呈现显著的空间异质性分布格局,分别占国土面积的21.91%、5.97%和72.12%;(3)“三生”空间耦合协调度等级及其冷热点空间分布与“三生”空间分布格局具有较强的一致性,高、较高、中等、较低、低度协调区域面积分别占国土面积的10.33%、20.89%、23.73%、20.15%、24.90%。     

利用GRACE/GRACE-FO重力卫星探测黄河流域水储量能力及极端气候发生的可能性

基于2004~2021年GRACE/GRACE-FO重力卫星数据反演黄河流域陆地水储量时空变化,并构建干旱指数模型和洪水因子模型,对黄河流域的极端气候现象进行分析研究。结果表明,2004~2021年黄河流域的陆地水储量以0.56 cm/a的速度减少,具有明显的季节周期性特征,在夏季和秋季呈盈余状态,春季和冬季呈亏损状态;干旱指数模型监测到期间黄河流域发生极度干旱事件22次、重度干旱事件37次,干旱事件范围涵盖整个黄河流域;洪水因子模型探测到黄河流域共发生洪水事件118次,多出现在夏季和秋季雨水较为丰沛的时候,期间黄河流域陆地水储量能力较弱,降雨量增大。利用GRACE/GRACE-FO重力卫星数据构建的干旱指数模型和洪水因子模型探测的气象结果与实际观测结果较为符合,能真实反映黄河流域发生的极端气候,可为极端气候研究提供有利工具。     

人口数据在地学应用中的若干问题

地学研究中使用的人口数据主要包括:现代人口调查数据、人口预测数据和历史人口统计数据。不同来源的人口数据,具有不同的特点。在使用中,必须关注人口数据本身蕴含的属性特征、空间特征和时间特征。就属性特征而言,需要注意人口统计指标含义的差异、统计口径的差异、城镇建制标准的变化问题;就空间特征而言,需要注意人口统计单元界线的模糊与争议、行政区划的调整与变更、研究区与人口统计单元不一致问题;就时间特征而言,需要注意人口数据的统计时点。在使用人口数据,特别是不同来源、不同时期的人口数据时,应该根据人口本来的属性对不同统计口径和不同统计方法的人口数据进行重新归类和统计;根据行政区划调整情况进行人口数据的再统计,或开展人口数据的空间化;根据人口数据准确的时间特征进行比较,或采用相应的人口预测方法加以推断和预测,从而实现人口数据的整合,以增强人口数据的时空可比性。     

人口中数据在地学应用中的若干问题

地学研究中使用的人口数据主要包括:现代人口调查数据、人口预测数据和历史人口统计数据。不同来源的人口数据,具有不同的特点。在使用中,必须关注人口数据本身蕴含的属性特征、空间特征和时间特征。就属性特征而言,需要注意人口统计指标含义的差异、统计口径的差异、城镇建制标准的变化问题;就空间特征而言,需要注意人口统计单元界线的模糊与争议、行政区划的调整与变更、研究区与人口统计单元不一致问题;就时间特征而言,需要注意人口数据的统计时点。在使用人口数据,特别是不同来源、不同时期的人口数据时,应该根据人口本来的属性对不同统计口径和不同统计方法的人口数据进行重新归类和统计;根据行政区划调整情况进行人口数据的再统计,或开展人口数据的空间化;根据人口数据准确的时间特征进行比较,或采用相应的人口预测方法加以推断和预测,从而实现人口数据的整合,以增强人口数据的时空可比性。     

基于洪峰模数的山洪灾害雨量预警指标研究

山洪灾害预警是防御山洪的重要非工程措施,雨量预警指标是山洪灾害预警的关键。目前的雨量预警指标计算方法对水文气象资料条件以及模型建模率定都有很高的要求,并不适用于基层防汛人员。因此,本文基于全国山洪灾害调查评价成果数据,提出了一种运用洪峰模数计算雨量预警指标的简便、易用的方法。该方法以小流域洪水计算推理公式为基础,将公式中流量与流域面积的比值用洪峰模数表示,得到基于洪峰模数的临界雨量估算公式,并考虑流域土壤含水量等因素,分析临界雨量变化阈值,最终得到雨量预警指标。本文以云南省绥江县双河小流域为例,计算结果显示不同时段（1 h、3 h、6 h）净雨量和预警时段呈线性关系。降雨损失计算中洼地蓄水和植被截留在不同时段相同,土壤下渗在不同的时段不相同。在此基础上,计算不同土壤含水量条件下,不同时段的雨量预警指标。最后,对临界流量、降雨损失和预警指标进行了合理性分析,结果显示预警指标和调查评价结果及实测降雨都比较接近,计算的预警指标合理。本研究为基层山洪灾害预警提供了一种快速、便捷的预警指标计算方法,为预警指标计算提供技术支持。     

一种洪涝灾害事件信息建模方法

我国洪涝灾害频发且危害巨大,为有效防灾、减灾和救灾,需建立洪涝灾害事件信息模型,表示和共享洪涝灾害信息。然而,目前事件信息模型主要是表示静态信息,缺乏对洪涝灾害事件动态过程的表示。本文从观测角度出发,建立顾及洪涝灾害事件阶段和动态过程的洪涝灾害事件信息模型。围绕洪涝灾害事件信息模型,提出了10类需建模的元素,并以MOF（Meta Object Facility）建模框架构建了十元组模型,通过映射方法实现模型编码方案与事件模式语言的映射。最后,以2010年梁子湖洪涝灾害模拟为例,开展了模型分阶段建立过程实验。结果表明,本文提出的模型能表示洪涝灾害事件的动态信息和实现洪涝灾害事件的动态建模。     

构建面向服务的汛情信息共享平台

将面向服务架构的设计原则应用到汛情信息共享平台建设中,以数字驻马店地理空间框架提供的地理信息服务数据为基础,以水利汛情信息为管理对象,借助Flex技术并结合ArcGIS Server平台,实现了汛情信息的共享与集成展示、降雨形势分析等功能,为水利部门提供了一个良好的管理规划和决策支持的Web共享平台。     

面向洪水管理的电子政务系统

“从控制洪水向洪水管理转变”是我国当今治水和防洪方略调整的重要标志与必然趋向,对于如何实现从“控制洪水”向“洪水管理转变”,本文从电子政务系统的理念出发,探讨和分析了电子政务系统在洪水管理中的应用及其建设策略。     

中国历史山洪灾害分布特征研究

中国山洪灾害发生频繁,区域分布差异性明显且难以预报,关于山洪灾害分布特征的研究对于山洪灾害预警、山洪灾害防治区规划等具有重要意义。本文以历史山洪灾害点为基础数据,以6个一级地貌大区（东部平原低山丘陵大区（Ⅰ）、东南低山丘陵平原大区（Ⅱ）、华北-内蒙东中山高原大区（Ⅲ）、西北高中山盆地高原大区（Ⅳ）、西南中低山高原盆地大区（Ⅴ）、青藏高原高山极高山盆地谷地大区（Ⅵ））为基本分析单元,统计对比不同地貌区域内山洪灾害数目、密度,并进一步分析山洪灾害随高程、高程标准差以及50年一遇6 h雨量（H6-50）的分布情况,从而获得中国历史山洪灾害的主要分布特征。结果表明：山洪灾害集中分布于东南低山丘陵平原大区及西南中低山高原盆地大区,占全国山洪灾害的60%左右。6 h雨量（H6-50）处于240~280 mm区域山洪灾害密度最大。高程标准差小于30 m区域山洪灾害密度较大。东南低山丘陵平原大区高程处于10~50 m间,高程标准差小于30 m,雨量（H6-50）在150~270 mm间地区山洪灾害密度较大;西南中低山高原盆地大区山洪灾害集中分布于高程600 m以下,高程标准差小于50 m,雨量（H6-50）大于120 mm地区。以地貌区划结果为基本分析单元相对于行政界线而言更有助于分析山洪灾害分布特征。     

GIS在洪涝灾害监测评估中的应用

中国国土辽阔,自然地理条件复杂,是一个自然灾害发生较频繁的国家,尤其是洪涝灾害。随着社会和国民经济的迅速发展,洪涝灾害所造成的损失越来越大。洪涝灾害监测评估是抗洪减灾中一个重要组成部分,也是电子政务的组成部分,GIS则是最主要的技术支撑之一。中国已建成了洪涝灾害监测评估的业务运行系统。本文介绍了洪涝灾害监测评估业务运行的基本要求、技术流程、基于GIS的基础背景数据库以及GIS在洪涝灾害监测评估中的发展现状和应用实例。     

面向山洪预警的水雨情监测站网布设方法研究

山洪灾害是中国高频发、高死亡率的自然灾害之一。水雨情站网的合理布设及优化,有利于捕获区域暴雨、洪水情势变化的时空异质性,可显著提高中小流域山洪预警的精度,增强山洪灾害防御能力。本文以山洪灾害高发的福建省顺昌县为例,提出了面向山洪预警的水雨情站网布设方法。县内现状雨量和水位站网监测密度分别为37 km²/站和76 km²/站,主要分布在平原主干河流地区,山洪灾害重点防治区内站网布设不足,小流域暴雨山洪监测和预警能力较弱。针对上述问题,综合分析流域降雨时空特征、历史山洪灾害与山洪灾害预警预报需求,对研究区水雨情站网进行了合理性分析和布设研究,建议增设雨量站3座、水位站3座,其中一座水位站同时监测降雨过程,调整后县内雨量站和水位站的监测密度达到34 km²/站和68 km²/站。本文研究对山洪灾害高发区的水雨情站网布设具有参考和指导意义。     

粗糙集在洪水风险评估中的应用

针对洪水灾害事故的随机性,复杂性和不确定的特点,以及在洪水风险评估选取评估指标过程中存在的主观性,通过采用粗糙集的改进属性约简算法对用于评估的指标集进行约简,从而剔除其中的对最终结果不造成影响的指标,并且利用相对约简建立用于洪水风险评估的层次指标体系,应用模糊层次分析法对该地区的洪水风险进行评估,比单纯的依靠专家打分法更具有科学依据和数据支持。     

洪灾应急疏散路径规划算法优化

应急疏散是救灾工作的重要环节,合理的路径规划能有效缩短疏散时间,减少人员伤亡.本文以疏散总时间最短为目标,考虑需求控制,容量限制,交通延误,公平分配和资源节约等约束条件,对经典Dijkstra算法进行改进;并采用混合拆分疏散方法,构建洪灾避难应急疏散路径规划模型.运用C#语言编写算法,求解最佳路径,基于自主开发的应急疏散分析工具MiniGIS,对规划路径进行动态模拟,依据反馈逐次优化算法.结果表明:理想算法,延时-改进算法,逆行-改进算法均能为县域尺度的洪灾避难疏散路径选择提供参考,但理想算法适用于组织简单,高度有序的疏散情景,延时-改进算法考虑了除交通拥堵之外的延误,与真实情况更为接近,逆行-改进算法避免了因中途路径调整而出现的"回头路",在时间最短次优的条件下,更有利于疏散过程管理与资源节约,其结果被认为是此次应急疏散路径规划的最优解.     

淮河流域洪涝变化混沌演化特征研究

本文在淮河流域洪涝变化分形特征、吸引子维数研究的基础上,以相空间重构为理论,通过Lyaponov指数论证了淮河流域洪涝变化的混沌性和耗散性,分析了洪涝变化的混沌演化特征.