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1、GIS洪水淹没模拟及灾害评估中的应用导读：洪水灾害是最频发的自然灾害，严重影响国民经济发展危害人民生命财产安全，破坏生态环境。近几年来，将GIS技术与RS技术相结合，根据数字高程模型DEM提供的三维数据和遥感影象数据来预测、模拟显示洪水淹没场景，并进行洪水灾害评估，已成为GIS在洪水方面主要研究领域。 1.前言洪水灾害是最频发的自然灾害，严重影响国民经济发展危害人民生命财产安全，破坏生态环境。随着现代经济的高速发展和水利工程的增加，洪水灾害对人类的危害仍在加重。因此 ，快速、准确、科学地模拟、预测洪水淹没范围，对防洪减灾具有重要意义。特别是对于一些重点防洪城市和行蓄洪区，如果能够预先获知洪水的
2、淹没范围和水深的分布情况，对于预先转移受灾区的生命财产，减少损失具有非常重要的价值，而且对于洪水造成的灾害损失进行评估也是非常有用的。近几年来，将GIS技术与RS技术相结合，根据数字高程模型DEM提供的三维数据和遥感影象数据来预测、模拟显示洪水淹没场景，并进行洪水灾害评估，已成为GIS在洪水方面主要研究领域。本研究以数字高程模型DEM和RS影象为基础，运用GIS的空间分析功能，研究试验区洪水河流域的洪水淹没情况。2.研究区域及数据简介2.1 研究区域地理概括红水河是珠江流域西江水系的中上游河段，发源于云南省沾益县马雄山，流经滇、黔、桂三省（区），上游主流称南盘江，流至庶香双江口与北盘江汇合后称
3、红水河，到广西三江口与柳江相汇合后称黔江。红水河流域位于东经10220-10930，北纬2304-2650之间，流域四周为群山环绕，整个地势自西北向东南倾斜，平均海拔高程1450m。本次实验重点研究范围为红水河流域中的整个龙滩流域及其六个子流域（甲板、平腊、八茂、蔗香、这洞、高车）。2.2 实验数据本研究采用的基本数据分为空间数据和水文数据以及其他辅助数据。其中空间数据包括龙滩流域的DEM底图、modis遥感影象底图、省市县行政边界、城市分布图、站点分布图、河网、龙滩流域及其子流域分布图等。水文数据是各子流域水文站获取的降雨量数据，辅助数据是流域流经区域经济数据以及为实现真实三维场景所采集到的
4、部分建筑物纹理数据。3.研究的主要任务及思路推荐精选通过利用研究区域的数字高程模型（DEM）和遥感影象数据对其进行三维场景仿真，再通过给定洪水水位高程值，认为在水位以下则是淹没区域，反之则不属于淹没范围，并对淹没过程进行模拟，通过人工方法确定连通区域来计算洪水淹没面积。同时结合研究区域土地利用类型数据、降雨量情况以及辅助经济数据进行加权叠置生成洪水灾害风险图，为防洪抗灾做决策。4.研究区域三维场景建立。由于红水河流域覆盖面积广阔，短时间内不可能将整个流域的三维场景进行模拟，本次研究只对红水河流域某小山谷进行三维建模。为了真实的反映地物的纹理特征，我们采用的原始数据是quickbird遥感影象以
5、及对应的DEM数据。三维场景的制作是通过将数字地形模型 （DEM）和遥感图像数据进行叠加，再将通过实地考察利用三维建模软件google sketchup建立好的建筑物模型和树木模型导入场景中，生成具有三维可视的地貌景观图。在此基础上可以进行红水河流域水资源的研究 、洪涝灾害快速监测与评估及周边地表起伏形态特征等。图1 三维场景建立技术路线图2 三维可视化场景图5.洪水淹没模拟分析及淹没面积计算推荐精选洪水淹没模型是以三维地形和不同水位来综合演示洪水淹没行为的时空变化及水体形态。运用 ArcGIS9.2中的3D扩展模块 ，在研究区域数字高程模型的基础上 ，在 ArcScene中实现了该区域洪水淹
6、没演进过程，直观的显示不同时刻和水位该区域洪水淹没情况，为防洪救灾作出重要的决策。洪水淹没由多种因素造成，降雨、上游来水都可以造成淹没。按照洪水淹没的成因，可将其分为两大类：一类是无源淹没，一类是有源淹没。本次操作主要是利用arcmap软件完成，通过已知红水河流域各水文站水文数据确定洪水位，由已知DEM数据和给定洪水水位来确定淹没区域并计算淹没面积。具体操作流程在arctoolbox中新建model builder模型，（如图3），只需给定水文数据，可以直观的观察到其淹没区域及面积。图3 淹没面积计算model builder模型5.1 无源淹没分析只考虑受淹区的高程与给定水位的高程情况，而不
7、用考虑淹没区的连通问题，凡是高程低于给定水位的点都记入淹没区，算作被淹没的点，这种情形相当于整个区域大面积均匀降水，所有低洼处都可能积水成灾。其淹没面积计算比较简单，所有低于或等于预测水位高程的像元都将计人淹没区，经累加计算得出淹没面积5.2 有源淹没分析水流受到地表起伏特征的影响，在这种情况下，即使在低洼处，也可能由于地形的阻挡而不会被淹没。造成的淹没原因除了自然降水外，还包括上游来水、洼地溢出水等。面积计算稍微有点复杂，它是在无源淹没的基础上，考虑到连通要求的淹没面积的计算。本文介绍的是用人为的方法确定符合连通条件的区域，将其取出，并计算出它的面积。具体做法是把决堤口定为源头，在转换生成的
8、Raster中寻找与源头连通的区域。将所有 Raster的值为 1的区域进行累加计算，得出淹没区的面积。推荐精选6.洪水灾害风险图制作：洪水风险图是以图的形式直观反映洪水威胁区域发生某一频率洪水后，可能淹没的范围、水深等洪水要素以及不同量级洪水可能造成的灾害风险和对社会经济的损害程度的工具。根据该图并结合影响区域内社会经济发展状况，合理制定防洪指挥方案，合理评价各项防洪措施的经济效益，合理估计洪灾损失，为防洪保险提供依据。本文研究的风险是一种相对的概念，即不同区域之间风险大小的相对比较。在 GIS的支持下，利用洪水淹没计算得到的淹没范围、淹没水深，与各种专题图层（包括行政区划、土地利用、居民点
9、分布、人口分布、重要地物分布、交通线路等）进行拓扑叠加和空间分析 （空间查询、网络分析等），即可生成有关专题淹没图件，包括重要设施淹没图、抢险迁安路线图等。如进一步关联背景数据库中的社会经济信息，并结合相关数学模型，可统计由洪水淹没造成的灾害损失。表一：红水河龙滩流域水文站日降雨量数据6.1 评价因子及评价原则编制洪水风险图有三大要素，即地形地貌、淹没水位和社会经济数据。其中本次研究主要有4个评价因子，包括高程、土地利用类型图、各子流域降雨量及人口密度。其中高程值是由红水河流域DEM数据生成；土地利用类型图利用原始TM遥感影象通过监督分类后生成；各子流域水文站测取的2002-2007年日降雨量
10、数据，由于各水文站全年平均日降雨量比较接近，再加上洪水灾害一般发生在5、6、7三月，本次研究中各水文站平均日降雨量数据只取这四个月数据（如表一）。通过将该流域11个水文站数据利用arcgis生成泰森多边形，并转换生成红水河面雨量栅格数据。人口密度数据，通过利用乡镇行政区划图以及搜集到的各乡镇面积和人口数，将人口数除以乡镇面积并转换得到人口密度图。6.2 制作基本流程首先对淹没致灾的各因子进行分析，分别计算各影响因素形成洪水淹没可能性大小的比例，制作成相应的栅格图层；在 GIS技术的支持下，对各栅格图层重分类后进行加权叠置分析（具体操作流程见图4），对各影响图层确定评价系数以及子类型进行打分，得
11、到洪水风险等级（如图5）。推荐精选图4 洪水风险图制作流程图5 红水河流域洪水灾害风险图7.结语：本文通过将GIS空间分析方法应用在红水河流域洪水灾害模拟及损失评估方面，初步得出以下结论：（1）利用DEM数据以及遥感影象数据和建筑物属性数据可以真实的模拟该地区洪水淹没真实场景，对于确定洪水淹没区地形起着重要的作用。（2）依据洪水水位确定洪水淹没范围后，可以结合其土地利用类型以及经济数据，对可能受淹地区的林地、耕地、居民用地等以及人口数据等进行快速评估，并进一步预测洪水灾害损失。（3）充分利用该地区水文数据，初步预测近几年洪水水位以及降水量情况，结合该区域经济数据，制作洪水灾害风险图，估计洪水发
12、生时影响范围，这样可以为防灾救灾作决策支持。本次研究主要是通过arcgis空间分析功能，整个实现过程无需编程，而且方法简单适用，值得广泛应用。推荐精选BRDFBRDF（Bidirectional Reflectance Distribution Function，即双向反射分布函数） 定义公式1光线照到一个物体，首先产生了反射，吸收和透射，所以BRDF的关键因素即为多少光被反射、吸收和透射（折射）了多少，是怎样变化的。这时的反射多为漫反射。而要知道这些光线反射透射的变化就需要清楚三样东西，物体的表面材质、光线的波长（即它是什么样的光，是可见太阳光，节能灯光还是紫外线）和观察者与物体之间的位置关
13、系。三维世界角度可以类似是球体的，光线角度除了纵向180的变化，还有横向360的不同发散方向。会有相应的入射光，反射光，入射角和反射角，它们在物体表面的法平面和切平面上的关系成为了BRDF的关键参数。由于人类眼睛对光的特殊敏感性，我们之所以能看到物体都是通过光线在物体上的发射和转移实现的。而双向反射分布这样的函数表示可以更好地描述光线在物体上的变化，反射光线同时发向分布在法线两边的观察者和光源两个方向，从而使人在计算机等模拟环境下，视觉上可以看到更好的物体模拟效果，仿佛真是的物体存在。 1.几何意义 最初的BRDF的定义是爱德华 尼哥蒂姆约于1965提出的。现代的定义是： Lr（即上式的Lo）
14、代表延o发射出去的光能（即辐射增量），Ei代表延i入射的光能（即辐射度），i是i和物体入射点上平面法线之间的夹角。 2.物理意义 双向反射率分布函数（BRDF）的物理意义是：来自方向地表辐照度的微增量与其所引起的方向上反射辐射亮度增量之间的比值。 推荐精选modis百科名片 modismodis是搭载在terra和aqua卫星上的一个重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过x波段向全世界直接广播，并可以免费接收数据并无偿使用的星载仪器，全球许多国家和地区都在接收和使用modis数据。目录全称 EOS卫星简述 EOS与MODIS 光谱波段 反映信息 用途 分辨率 对地观测 多波段数据 MOD
15、IS仪器特性、波段范围 特点和优势 MODIS产品介绍 1. 0级产品 2. 1级产品 3. 2级产品 4. 3级产品 5. 4级产品 6. 5级及以上产品 7. 0级数据 8. 1级数据 9. 2级数据 10. 3级数据 11. 4级数据 12. MODIS L0数据 13. LlA数据 14. LlB数据 15. L2L4全称EOS卫星简述EOS与MODIS光谱波段反映信息用途分辨率对地观测 多波段数据 MODIS仪器特性、波段范围 特点和优势推荐精选 MODIS产品介绍 1. 0级产品 2. 1级产品 3. 2级产品 4. 3级产品 5. 4级产品 6. 5级及以上产品 7. 0级数据 8. 1级数据 9. 2级数据 10. 3级数据 11. 4级数据 12. MODIS L0数据 13. LlA数据 14. LlB数据 15. L2L4展开编辑本段全称modis的全
