GIS技术在洪水预报中的应用

侯婷娟

（资兴市水文水资源局湖南 郴州 423403）

GIS技术在洪水预报中的应用

侯婷娟

（资兴市水文水资源局湖南 郴州 423403）

洪水灾害是常见的自然灾害之一，常常会给人民的生命和财产安全造成巨大威胁。如果能够在洪水预报中应用GIS技术，通过对洪水灾害的模拟，结合洪水淹没区的水文地质等特征，分析洪水的演进规律，即可为洪水灾害的预报和防治提供重要依据。本文探讨了GIS技术在洪水预报中的应用，以供参考。

GIS技术；洪水预报

1 引言

洪涝灾害与自然界水循环规律的变化有着密切的联系，而人类活动对流域的水循环的因素很大的影响。洪水预报主要是依据洪水的形成与运动规律，利用水文、气象等信息，预测洪水的发生、变化过程，以此作为防汛抢险、防洪系统调度运用的重要决策依据，同时为水资源的合理利用与保护、水利工程建设与管理以及工农业的安全生产服务奠定基础。

2 洪水预报与GIS技术

2.1 洪水预报概述

所谓水文预报，指的是依据前期、现时的水文气象资料，对未来一定时间内相应的水文状况，进行科学的预测，并发布相关预报的技术，对于洪水的预报在水文预报中，占据重要的地位，同时也应用最为广泛。

对于洪水的预报，需要依据所采集的实时观测资料信息，包括雨量、蒸发、水位资料等，对未来可能发生洪水总量、洪峰、发生时间以及洪水发生过程进行预测和预报，进而完善洪水的预报方案，为防洪调度提供参考。洪水预报的主要内容包括两方面：①流域内的降雨产流预报，是将降雨过程的损失扣除，运用产流机理，计算出相应的净雨过程；②汇流预报，主要包括流域的汇流预报与河道汇流预报两个部分，其中，流域汇流预报主要针对流域地面的径流、壤中流以及地下径流汇至河道出口时，其断面流量的预测；而河道汇流预报，则主要是预报河道各个出口的断面流量，经过河道调蓄作用演进后，至流域总出口的断面流量。

洪水预报作为实现有效防洪的非工程措施重点内容之一，能够直接给防汛抢险、水资源的合理利用、水利工程的建设、调度运用的管理以及工农业安全生产服务等工作的开展提供了重要依据，同时帮助人们有效减小洪水灾害所造成的损失。洪水预报的主要内容包括：最高洪峰水位或流量、洪峰出现时间、洪水涨落过程、洪水总量等。

2.2 3S技术及GIS技术

3S技术的组成，为遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）以及全球定位系统（GPS），属于一项集空间技术、传感器技术、卫星定位导航技术以及计算机技术、通讯技术于一体的现代化信息技术，能够多学科高度集成地针对空间信息，实现采集、处理、管理、分析、表达、传播与实际应用。近年来，3S技术不断发展，逐渐在水利工程中得到广泛的应用，包括防洪减灾、水土流失调查预测以及水土保持规划、水资源实时动态监测和科学管理、水利工程的勘察规划及维护管理、农田水利现代化等多方面。

GIS技术的系统组成主要包括计算机硬件、软件以及不同的方法，通常情况下，GIS在系统设计方面，重视对于空间数据的收集、管理、处理、分析、建模以及显示等各个处理模块，将复杂的规划与管理问题进行简化，从而为能够深入进行数据信息分析和决策，提供可靠的理论基础。

GIS技术根据系统的基本功能，通常可以分成两大基本类型，即工具型地理信息系统与应用型地理信息系统，前者主要包括的是以GIS技术作为工具的，对数据实施输入、存储、处理、分析以及输出等处理工作的系统；后者则更加重视具体应用，可以进一步细分为地理信息系统、区域综合地理信息系统，要求根据具体的专业、领域或工作内容等，对GIS技术进行应用设计。

3 GIS技术在洪水预报中的实际应用

3.1 数据采集

为了确保洪水预报的及时准确性，对于相关数据的采集工作至关重要。利用GIS信息处理系统，配合预报模型，能够完成对于气象水文、水资源等信息的接收、处理，进而形成可实际使用的数据信息，并存入数据库中，作为后期水文预报、信息服务以及相关会议商议的重要信息资源。

3.2 建立水文模型

利用数学模型、物理形式等，实现对于水文系统的模拟和预报，该水文模型的建立，对于水资源评价、配置、开发与利用而言是重要的基础，更是实现水文自然规律研究，解决水文实际问题的重要工具，能够在防洪减灾、水库调度、环境需水、水资源开发利用等方面，发挥重要作用。以某水文模型的建立为例，在针对该地水库的入库流量进行预报的过程中，进行了水文模型的模拟，得到了一个完整、成熟的降雨径流模型，能够广泛应用于我国许多湿润和半湿润地区，成为运用非常广泛的成熟水文模型。

3.3 洪水仿真演进与显示

所谓洪水仿真演进显示，主要是依据被测区域的水文、气象等数据信息，结合当地的雨情、水情、流域坡度以及地表实际状况等综合状况，运用洪水演进方式实现动态显示的技术，从而计算出区域内外洪水的演进动态。该阶段需要运用GIS技术的空间分析功能，建立流域地面的数字模型，结合所预测、实测的水雨情信息、地表渗透等实际状况，通过产汇流模型计算，模拟出不同级别的洪水演进过程。以GIS技术为基础，结合水利工程数据库信息、历史洪水与灾情信息等，对历史洪水进行反演。其中还可以配合使用RS技术所提供的洪水期，针对不同时间段的高分辨率遥感影像数据、流域各测站监测数据以及GIS中已有矢量数字地图数据等，通过叠加分析，获取流域洪水的动态信息，为洪水调控决策提供重要的依据和参考。

运用GIS技术对洪水演进淹没情况进行分析，具体包括以下两种情况：①在一定的洪水水位条件下，计算受灾范围内，低于该水位的淹没区和淹没区水深分布，该方法侧重于对于淹没结果的模拟，因而适用于较大范围的均匀降雨淹没状况；②在一定流量、水位情况下，从源点开始，计算洪水所可能造成淹没灾害的范围与水深分布状况，该方式侧重的是对于洪水淹没过程的模拟，能够动态模拟出洪水自一点向外逐步蔓延的整个过程，对于洪水的决堤、暴雨所引起的暴涨洪水向四周扩散情况等，进行良好的模拟。

3.4 建立网上发布平台

网上发布平台是的构建基础是WEB GIS技术，能够在Internet/Intranet上，实现GIS的在线查询、数据共享与业务处理。系统则主要运用的是C/S结构（客户机和服务器结构），实现多用户同时浏览、查询和使用功能；同时，各客户端还可针对不同流域、地区、经济发展水平和基础设施的实际状况，实现水资源管理中的各种重点问题设置功能；服务器端则能够实时向各客户端下达指令，由客户端实时分析并上传本地数据，辅助指挥中心相关决策，实现数据的动态共享。

3.5 灾害快速评估

（1）评估流程定制。将工作流程中，各个环节的逻辑规则等，进行前后的好累组织，利用计算机进行模拟表达，并实施计算，并利用计算机，实现在多个参与者之间，按照预定规则进行文档、信息和任务的自动传递。

（2）灾害评估。按照所定制的评估流程，结合实际输入的数据，采用调用算法集所提供的评估算法，计算获得结果评估，最终保存评估成果，并进行可视化转变。

（3）算法集管理与定制。所谓算法集，主要是一系列算法的集合，能够为每一类的算法，定义统一的输入、输出形式，从而满足洪水的模拟计算要求。

3.6 应用效果

为了针对洪水灾害模拟可行性实现综合炎症，需要通过减灾应用系统的灾害应急响应分系统，开发相应的洪水灾害模拟模块，其流程如图1所示。

由图1可见，洪水会从溃坝点涌出，并在三维场景中不断扩散，最终淹没到居民区，从时间控制面板可以发现，从溃堤到淹没至居民区的整个时间段内，通过可视化窗口，可以看出实际的淹没状况，并在淹没的同时，查询淹没区域的各点洪水深度，进而直观地表达灾情。

通过线框效果图（见图2）可以发现，场景中所存在的不同分辨率、多块DEM，使洪水能够在大范围、多层次、多分辨率的DEM上实现良好的运行。通过观察洪水的范围图、水深图与历时图，实现对于洪水灾害的快速评估，最终利用人口数据、生命线数据和农作物数据等数据进行叠加分析，获得相应的灾害情况，从而为采取减灾措施提供决策支持。

图1 洪水灾害模拟

图2 洪水灾害模拟线框效果图

基于三维GIS平台所建立的洪水灾害实时模拟，能够有效将洪水灾害的整个演进过程，利用三维可视化的形式进行表达，并最终输出相应的洪水范围、水深以及历时图，支持洪水灾害实现快速评估，总而为灾害决策提供重要的参考依据。

4 结语

水文预报中GIS技术的应用，为地面径流汇流等信息的采集提供了有效的方法，从而将流域地形分布特征与地面径流汇流机理有机结合起来，使各参数都能够发挥自身的物理意义，提高水文预报工作的精度，满足防汛抗旱要求，投入实际的应用中去。

[1]闫宝伟，康爱卿，黄凯旋，等.洪水预报误差在河道演算中的传递分析[J].水电能源科学，2015（7）：62～65.

[2]亚力昆·马合木提.探析中小河流洪水预报的难点与解决方案[J].黑龙江水利科技，2014（3）：70～71.

[3]董前进，陈森林.统计相关条件下降水及洪水预报误差相关分析[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，助理工程师，本科，主要从事水文勘测方面的工作。