栅格地形洪水演进方法研究与模拟实现

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:hukuikui
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洪水是一种自然现象,其在自然灾害中占有很大比例,所造成的损失巨大,为了抵御洪水灾害,人们采取了一系列措施,有工程措施,也有非工程措施。随着计算机技术和地理信息系统技术等的飞速发展,防洪减灾的非工程措施理念越来越受到人们的重视,利用先进技术快速计算洪水淹没范围并对洪水演进过程进行模拟,已经成为一个迫切需要解决的问题,这也正是本文的研究内容,希望能为洪水预测防治和洪灾损失评估提供辅助决策支持。   本文以栅格地形数据为基础,根据洪水淹没的不同成因,将其分为无源淹没,溃口型有源淹没和暴雨型有源淹没三种形式。针对这三种洪水淹没形式,文中给出不同的洪水演进模型,对其进行方法研究来计算洪水淹没范围,在此基础上对其洪水演进过程进行动拟模拟。文中首先介绍了地理信息系统技术和栅格数据结构数字高程模型的相关理论知识,分析了将其应用到洪水演进研究中的必要性和可行性。   然后,介绍了三种不同类型的洪水淹没形式,对每一种类型给出其洪水淹没范围的计算方法以及洪水演进的模拟仿真算法:第一种是无源淹没类型,这种类型相当于整个区域大面积均匀降水,所有低洼处都有可能积水成灾,对其分别介绍了基于水位和基于流量的洪水淹没范围计算方法以及洪水演进模拟仿真算法,优点是模型简单,算法容易实现;第二种是溃口型有源淹没类型,这种类型相当于当洪水发生时,河道流量迅猛增加,超过其泄流能力,由此引起决堤、溃口等现象,文中根据问题简化方式和考虑因素的不同,将溃口型有源淹没从水位,流量,水动力学三个方面进行研究,从具体溃口水源出发,根据地表连通性进行探索计算,最终得到洪水的淹没范围并利用种子蔓延算法进行洪水演进模拟,其优点是考虑了地表连通型,和实际情况更为符合;第三种是暴雨型有源淹没类型,这种类型相当于暴雨发生时,降雨时间非常集中,强度也非常大,雨水降落到地面上,会大量汇集,使得水位急剧上涨,雨量超过地面渗透,从而形成地表径流,由于重力作用,总是从地表高处流向低处,对其文中介绍了单流向算法和多流向算法,计算和模拟洪水演进过程,优点是不仅考虑到地表连通性,还考虑到地形起伏对洪水流量分配的影响,适合于小面积局部暴雨情况。   最后,通过实验分析了三种类型洪水淹没算法的效果,并和实际淹没情况进行对比,验证其合理性和正确性。结果表明,这三种类型各自从不同角度进行分析计算,能够更准确、科学地确定洪水淹没范围和水深分布,并对洪水演进过程进行模拟,这为洪水风险图的制作、防洪指挥的调度以及洪涝灾害的损失评估提供了准确的评判依据。
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