论文部分内容阅读
近年来,我国极端洪水极为频繁,一些重点区域出现水库溢洪、漫坝险情超历史的问题,给社会经济造成了巨大的损失。在一些重点流域或蓄滞洪区,通过模拟预测溃坝洪水的淹没范围、水深,分析洪水灾害的形成,开展灾情损失评估工作,能够有效减轻洪水灾害造成的影响。为了准确模拟洪水演进过程和开展损失评估工作,GIS技术逐步被引入水利行业,以往的GIS技术一般以二维空间为参考,不能准确的反映、分析和显示洪水的相关信息。为此,研究GIS在洪水演进和损失评估中的三维可视化,通过快速、直观、有效的可视化方法呈现洪涝灾害发生的时间、地点、范围和强度以及灾情损失评估工作,具有十分重要的意义。本文以洪水演进和损失评估为研究对象,以已有水动力学模型和洪水损失评价方法研究成果为基础,结合GIS三维模拟技术,开展地理信息系统在洪水演进和损失评估中的可视化应用研究。研究成果可为洪水灾害应急管理、人员财产安全转移、防洪减灾等工作提供重要依据。主要研究成果如下:第一,从满足洪水演进的地理数据格式出发,分析了二维水动力模型方程的原理,在已有工作基础上,通过改进提出了一种将水动力模型数值计算结果转换为洪水演进所支持空间格式的高效方法,解决了MIKE网格难以自动批量转换的问题。在此基础上,研究了洪水演进三维仿真原理及其在桌面端和网络端的可视化方法。第二,开展桌面端洪水演进三维可视化研究。基于ArcEngine组件和WPF平台,以ArcGlobe为架构开发了长江中下游数字流域沙盘系统,实现了以三峡为核心的水库群建成前后典型洪水的防洪形势推演,阐述了三维地理环境海量数据加载和可视化展示与渲染的关键技术,实现了流域的三维场景控制、水文信息交互查询,以及根据典型洪水进行防洪情景推演的功能。第三,在洪水演进模型的淹没数据基础上,研究地理信息系统在洪水损失评估分析中的应用,对洪涝灾害的成因机制和属性特征、洪涝灾害损失的空间分布特性进行了分析,并提出了基于GIS的洪涝灾害损失评估计算流程。以汉北河流域2016年特大洪水为例,确定了洪水的损失率,应用地理信息系统空间扩展技术,搭建了社会经济空间数据库,并构建了基于GIS的洪涝灾害损失评估模型,实现了汉北河流域的损失评估分析工作。第四,开展网络端WebGIS洪水演进和损失评估三维可视化研究。基于ArcGIS API for JS语言,通过ArcServer发布空间数据服务,开发了汉北河流域防洪调度系统,分析了WebGIS构建流域防洪虚拟三维地理环境的关键技术,实现了汉北河流域三维场景的控制与漫游、水利专题数据的空间共享与查询、流域洪水演进可视化和损失评估专题数据的展示功能。