基于HEC-RAS和GIS的绿珠江洪水淹没模拟

发布时间：2020-08-03 12:27

【摘要】：我国属于世界上受洪水灾害威胁最大的国家之一,广西博白地区尤为严重,常常遭受洪水威胁。洪水灾害一旦发生,将会造成巨大经济损失与人口伤亡。因此,在洪灾到来之前,通过技术手段对洪水进行预报,从而划定淹没区范围,预计淹没情况,能够预估可能造成的经济损失,预计可能造成的受灾人口数目,圈定受洪水影响的重点地区(如工业基地、交通枢纽、军事重地等)为政府决策提供相关依据。绿珠江属于南流江一级支流,河流走向从北到南,于博白县城中心汇入南流江,绿珠江下游即为博白县城,人口众多,拥有众多工业与农业生产设施,如果发生稀遇洪水,下游的博白镇将受到极大威胁,因此,对于绿珠江稀遇洪水的过程模拟具有相当重要的意义与实际应用价值。而GIS技术的发展,为洪水灾害的模拟研究提供了可能。通过文献阅读与资料查阅相关研究,当前对洪水的模拟研究缺少洪水的预测性且模型多将水体视为静态导致精度有限。因此本研究制订了通过数字地形模型建立贴合真实地形的模型,再根据水文和水文工程学的洪水计算方法体现预测性,耦合符合水力学原理的模型保证模拟精度结合GIS技术进行洪水演进模拟研究,研究包含如下工作:1、从模型原理出发,针对洪水模拟的原理来源和发展进行了总结,考虑到准确性与科学性选择基于水力学的HEC-RAS模型和地理信息系统技术相结合的数值模拟方法作为本研究的方法。2、针对研究所使用的模型,说明HEC-RAS模型下一维恒定流与二维非恒定流计算的原理。3、通过实验发现常用DEM建立河道模型时剖出河槽形态效果不佳,为解决该问题,建立真实可靠的绿珠江流域地形模型,利用资源三号测立体像对提取了绿珠江流域DEM数据并结合AW3D30 DSM数据剖取绿珠江河道,提高了模型剖取河槽形态的精度。4、运用Arcgis水文提取工具提取了绿珠江河网、流域面积等流域信息作为HEC-RAS模型几何资料和洪水计算的基础数据。并通过Python语言编写制作了一键提取河流比降工具,简化了基于DEM数据的河流比降提取操作,并提取绿珠江河流比降。5、为模拟使用的洪水数据科学可靠,搜集了广西博白绿珠江区域水文资料,使用流量数据和暴雨资料两种方法结合流域信息设计并计算了绿珠江50年一遇、100年一遇、1000年一遇三个频率下洪水过程线,确保了洪水数值的准确性与模拟的实用性。6、利用土地利用类型,遥感影像,和地形数据建立了绿珠江一维恒定流与二维非恒定流模型并分别进行了洪水模拟,得到绿珠江相应频率下的淹没范围图和流速分布图。7、对绿珠江流域的洪水模拟结果进行分析与探讨,从全局对本文所进行的研究和工作进行了总结与展望。本文利用地理信息技术,结合HEC-RAS水力计算模型,HEC-geo RAS软件,模拟了一维恒定流条件下绿珠江流域五十年一遇、百年一遇、千年一遇下的洪水淹没情况。二维非恒定流条件下千年一遇洪水演进过程。本文相较其他同类研究进行了三点改进:首先,河道模型的创建基于多源地形数据,其中通过立体像对提取了现势性较高的绿珠江流域DEM,地形精度优于常见模型;第二,洪水过程的流量资料通过水文工程学理论计算获得,具备科学性和预测性,保证了模拟的指导意义与决策依据;最后,洪水模拟模型基于水力学原理,保证了演算的高精度。通过模型运算表明:千年一遇水深最高值达24.18米、最高流速7.74m/s,百年一遇最大水深为23.49米、最高流速7.3m/s,五十年一遇最大水深23.23米、最高流速7.1m/s,三个频率均对沿岸村落造成不同程度洪水威胁,流域中下游尤为严重。二维非恒定流结果表明千年一遇洪水进程呈现先慢后快的特点,主流与支流洪水汇合后,洪水逐渐发散后,在即将流出绿珠江处重新汇聚,此时流速达到整个洪水过程的峰值,最后冲出汇口,扩散淹没沿岸居民点与博白县诸多村落,对下游形成较大洪水威胁,在第17小时后洪水开始消退。通过本文的工作与研究,表明运用GIS技术结合HEC-RAS模型对洪水过程进行模拟可行,结果可为河道治理,洪水预警,灾情估计,针对性布置防洪措施,制定人员撤离方案提供参考。
【学位授予单位】：广西师范学院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TV122;P208
【图文】：

示意图,范围,示意图,南流江流域

图 2-1 研究区范围示意图自治区东南部沿海的南流江流域是北部湾经济区的一沿海诸江河之中独流入海的最大河流，其河流源头始，一路朝西南向依次流经玉林市、博白县城、浦北县乡入海口出汇入北部湾。对于北部湾地区经济、政治。江右岸的一条较大的一级支流，流域位于东经 109°4，属于南流江的一级支流，是南流江流域内的主要支上游部分，绿珠江发源于浦北、博白、福绵三县交界蓝冲屯西北 2 公里处[27]，河源高程约 643.7m。自北村镇流至离博白县城西南方于大概四千米处汇入南流广西六万大山，下临博白盆地，主流贯穿双凤镇、浪部分总长约 45 千米，集雨面积经过测算约为 345.39 ，主流多年平均流量达到每秒 11.4 立方米，年均径流

数据,栅格,栅格数据

来源于中国科学院资源环境科学数据中心提供的 2遥感解译数据产品，覆盖范围为广西博白绿珠江流域范围。壮族自治区矢量图。来源于课题组。村级政区图。数据来源于网络。江流域居民、耕地分布数据。通过 GoogleEarth 底图矢量化而理镶嵌上互相相邻的多景影像拼接成一个大范围的目标数据称之为影域范围包含 4 景相邻影像，且分幅存储，所以需要对下载的 4 ，以获得整个南流江流域的 AW3D30 数据。栅格数据的镶嵌用中的数据管理工具→栅格→栅格数据集→镶嵌至新栅格。因提取，若镶嵌时取整，会对数据值进行四舍五入操作，会导致，而水文分析是基于 D8 单流向算法进行，即使小数点后的数值以改变流向，因此，在镶嵌至新栅格步骤中输出数据类型选择伏特征。

流域,建模,河流,信息

图 3-2 数据裁剪建模，精确提取出研究流域的流域信息是必要的前提展进步、地理信息系统技术的快速发展以及各种精度快捷，运用地理信息系统技术从地形数据中获取江河边界条件等等地形地貌特征受到了广泛的关注，目前研究的重点。分析行设计洪水计算，需要获取研究河段坡降、河长、流来提取算法的优化和修正，利用Arcgis平台和数字地地貌地形特征的数字地形模型中对流域信息进行提取础数据为无凹陷的地形栅格数据。

【参考文献】