基于GIS和HydraN的復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)洪水風(fēng)險(xiǎn)管理及水資源聯(lián)合調(diào)度應(yīng)用研究.pdf

1、本文以復(fù)雜河網(wǎng)平原地區(qū)作為研究區(qū)域和對(duì)象,選取西洞庭湖典型區(qū)域一常德沖柳復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)進(jìn)行研究。復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)因其特殊的地理氣候特征和復(fù)雜的江湖河網(wǎng)形態(tài)而易受洪水威脅和損失,研究該類(lèi)地區(qū)的洪水風(fēng)險(xiǎn)和優(yōu)化調(diào)度具有非常重要的科學(xué)價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。本文綜述了國(guó)內(nèi)外學(xué)者在該領(lǐng)域取得的成就和進(jìn)展,分析了目前方法和模型的瓶頸所在,并在此基礎(chǔ)上引入國(guó)內(nèi)外多個(gè)模型進(jìn)行多方位的研究和分析。
　　 本文的研究工作和研究?jī)?nèi)容主要包括以下的內(nèi)容:(1)考慮到

2、復(fù)雜河網(wǎng)的特點(diǎn),在降雨、地形等常規(guī)指標(biāo)不能很好地反映該區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的前提下,本文引入土壤結(jié)構(gòu)、類(lèi)型和河網(wǎng)結(jié)構(gòu)、特性等多項(xiàng)指標(biāo)對(duì)常德沖柳復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)進(jìn)行分級(jí)區(qū)域洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),并在GIS環(huán)境下對(duì)整個(gè)地區(qū)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃。研究發(fā)現(xiàn)利用該法取得了比傳統(tǒng)分析方法更精確更全面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果同時(shí)表明,由于復(fù)雜河網(wǎng)本身特點(diǎn),河網(wǎng)特性和下墊面指標(biāo)對(duì)洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)的影響比其他地區(qū)更大,而降雨、地形等常規(guī)指標(biāo)雖對(duì)洪災(zāi)及損失起決定性作用,但在小區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃上不能

3、得到理想結(jié)果。(2)針對(duì)該地區(qū)河網(wǎng)的復(fù)雜性和河流關(guān)系的不確定性,考慮到復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)河網(wǎng)要素的地理特征及空間拓?fù)涮匦?本文引入基于地理信息系統(tǒng)(GIS)的網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù),對(duì)區(qū)域河網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)模型化,并在GIS網(wǎng)絡(luò)分析模塊下完成河流追蹤和突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)模擬研究。模擬的結(jié)果反映出GIS網(wǎng)絡(luò)分析在該類(lèi)地區(qū)應(yīng)用的靈活性和準(zhǔn)確性,能夠滿足突發(fā)性事故的迅速應(yīng)急響應(yīng)要求。如何將水質(zhì)模型與GIS網(wǎng)絡(luò)分析技術(shù)更加緊密結(jié)合并為決策者提供有效指導(dǎo)將是今后該領(lǐng)域發(fā)

4、展的一個(gè)重點(diǎn)。(3)針對(duì)傳統(tǒng)調(diào)度方法單一、低效,無(wú)法在防災(zāi)的同時(shí)最大限度地節(jié)約和利用能源和水資源的現(xiàn)狀,本文引入HydraN軟件對(duì)沖柳復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)進(jìn)行產(chǎn)流、匯流、穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)多項(xiàng)河流模擬,并在此基礎(chǔ)上提出優(yōu)化調(diào)度方案。HydraN軟件因其內(nèi)嵌的先進(jìn)水文模型和水動(dòng)力模型以及準(zhǔn)確的泵、閘、涵、水庫(kù)等多種水工構(gòu)筑物模擬功能而在沖柳復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)實(shí)現(xiàn)了很好的應(yīng)用。通過(guò)與歷史洪水統(tǒng)計(jì)資料進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),進(jìn)行校正后的HydraN軟件能夠比較精確地反應(yīng)河

5、網(wǎng)中各條河流的即時(shí)水位,而水工構(gòu)筑物的分別模擬和集成GIS的可視化界面,可以動(dòng)態(tài)演示實(shí)施某種調(diào)度規(guī)則之后洪水發(fā)展情況,并支持輔助優(yōu)化決策。該調(diào)度模式的應(yīng)用比傳統(tǒng)調(diào)度更加準(zhǔn)確、靈活、高效,而兼容其他模型和經(jīng)驗(yàn)公式的自定義調(diào)度方式,則更能取長(zhǎng)補(bǔ)短,將節(jié)能、引水、減災(zāi)的最優(yōu)調(diào)度發(fā)揮到極致。(4)針對(duì)研究區(qū)域受災(zāi)頻率高、承載時(shí)間長(zhǎng),遭災(zāi)損失大的狀況,本文從防災(zāi)減災(zāi)的目的出發(fā),通過(guò)多種模型和技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)在特大洪水條件下的災(zāi)害時(shí)間和空間統(tǒng)一模擬,取

6、得了較好的結(jié)果。研究在空間上采用較高精度遙感影像運(yùn)用ERDAS IMAGINE的Virtual GIS模塊進(jìn)行洪水淹沒(méi)動(dòng)態(tài)模擬,并得到時(shí)間-水深曲線的空間分布;在時(shí)間上通過(guò)結(jié)合Damage Calculator和1:50000DEM,繪制得到水深-災(zāi)害曲線,將二者結(jié)合之后得到整個(gè)沖柳地區(qū)及其局部的時(shí)間-水深-災(zāi)害空間分布曲線。在這些時(shí)空統(tǒng)一的災(zāi)害曲線基礎(chǔ)上,本文對(duì)1998年沖柳特大洪水進(jìn)行了模擬淹沒(méi)及調(diào)度方案優(yōu)化,運(yùn)用優(yōu)化后的方案不論從

7、災(zāi)害上限的承災(zāi)時(shí)間、重點(diǎn)堤垸受災(zāi)時(shí)間、還是淹沒(méi)總體損失都比1998年當(dāng)時(shí)要小很多。
　　 本文針對(duì)復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)的地理空間、氣候、歷史以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)特點(diǎn)等眾多特點(diǎn),運(yùn)用系統(tǒng)的分析方法,采用多種先進(jìn)的模擬軟件和模型,對(duì)西洞庭湖常德沖柳復(fù)雜河網(wǎng)地區(qū)進(jìn)行了洪水風(fēng)險(xiǎn)、應(yīng)急響應(yīng)與優(yōu)化調(diào)度等多方面研究。研究認(rèn)為,常德沖柳地區(qū)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)總體偏高,災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)速度較慢,宏觀調(diào)度手段單一,水資源與能源的節(jié)約利用及各湖泊、堤垸的效能發(fā)揮一般,在科學(xué)決