工科论文：对洪水淹没分析的若干思考[1]

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摘要：我国是一个洪水灾害十分频繁的国家，洪水的淹没范围和淹没区水深分布的确定，对防洪减灾、洪水风险分析和灾情评估都具有重要的意义。论文通过对洪水淹没机理的深入分析，提出基于由dem生成的格网模型进行洪水的淹没分析，并给出给定洪水水位和给定洪量两种条件下的洪水淹没分析方法，并给以实例验证。研究结果表明，以gis技术为支持，采用平面模拟方法进行洪水淹没范围和水深分布的模拟是可行的，具有较好的准确性、实用性和科学性。

关键词：洪水淹没 dem 格网模型

一、前言
　　我国是一个自然灾害十分频繁的国家，洪涝灾害一直严重威胁着人民生命财产安全和社会的稳定与发展。近几十年来，自然资源的开发利用不断扩大，城乡经济建设飞速发展，洪水出现的频率及其造成的损失也不断的增加。因此，快速、准确、科学地模拟、预测和显示洪水淹没范围，以便发挥防洪工程效益，并以非工程措施来减轻洪水危害，对防洪减灾具有重要意义。别是对于城市和蓄滞洪区，如果能够预先获知洪水的淹没范围和水深的分布情况，对于挽救人民的生命财产和减少洪涝灾害损失都具有十分重要的价值。获取洪涝灾害范围和该范围内相对准确的水深分布对洪涝灾害评估和经济损失评估也具有重要的意义。
二十世纪九十年代以来，利用gis技术为手段进行洪水淹没研究一直是一个研究热点，但大多数的研究仍然比较粗略，没有充分利用gis的空间分析功能，因而没有准确地反映地形的连通性和洪水的流向等。本文以数字高程模型（dem）为基础，将地形的连通性和tin和任意多边形格网模型技术相结合，尝试把三维地形能够较真实地反映地形地貌要素和二维gis技术中矢量栅格一体化的空间分析功能这两大优势运用到洪水淹没范围的模拟研究中，采用平面模拟方法模拟淹没范围，能够更准确、科学地确定洪水淹没范围和水深分布，为洪水风险图制作、防洪指挥调度和洪涝灾害的损失评估提供准确的评判依据。
二、洪水淹没分析方法及其与洪水模拟演进的比较
洪水淹没是一个很复杂的过程，受多种因素的影响，其中洪水特性和受淹区的地形地貌是影响洪水淹没的主要因素。对于一个特定防洪区域而言，洪水淹没可能有两种形式，一种是漫堤式淹没，即堤防并没有溃决，而是由于河流中洪水水位过高，超过堤防的高程，洪水漫过堤顶进入淹没区；另一种是决堤式淹没，即堤防溃决，洪水从堤防决口处流入淹没区。无论是漫堤式淹没还是决堤式淹没，洪水的淹没都是一个动态的变化的过程。
针对目前防洪减灾的应用需求，对于洪水淹没分析的要求可以概化为两种情况，一是在某一洪水水位条件下，它最终会造成多大的淹没范围和怎样的水深分布，这种情况比较适合于堤防漫顶式的淹没情况。另外一种情况是在给定某一洪量条件下，它会造成多大的淹没范围和怎样的水深分布，这种情况比较适合于溃口式淹没。对于第一种情况，需要有维持给定水位的洪水源，这在实际洪水过程中是不可能发生的，处理的办法是可以根据洪水水位的变化过程，取一个合适的洪水水位值作为淹没水位进行分析。对于第二种情况，当溃口洪水发生时，溃口大小是在变化的，导致分流比也在变化。另外一般都会采取防洪抢险措施，溃口大小与分流比在抢险过程中也在变化，洪水淹没并不能自然地发生和完成，往往有人为防洪抢险因素的作用，如溃口的堵绝，蓄滞洪区的启用等。这种情况下要直接测量溃口处进入淹没区的流量是不大可能的，因为堤防溃决的位置不确定，决口的大小也在变化，测流设施要现场架设是非常困难也是非常危险的。所以实际应用时，考虑使用河道流量的分流比来计算进入淹没区的洪量。
归根到底，洪水淹没的机理是由于水源区和被淹没区有通道（如溃口、开闸放水等）和存在水位差，就会产生淹没过程，洪水淹没最终的结果应该是水位达到平衡状态，这个时候的淹没区就应该是最终的淹没区。基于水动力学模型的洪水演进模型可以将这一洪水淹没过程模拟出来，即在不同时间的洪水淹没的范围，这对于分析洪水的淹没过程是非常有用的。洪水演进模型虽然能够较准确地模拟洪水演进的过程，但由于洪水演进模型建模过程复杂，建模费用高，通用性不好，一个地区的模型不能应用到另外一个地区。特别是对于江河两侧大范围的农村地区模型的边界很难确定。所以上述两种概化的处理方法也是常用的。
三、对二维与三维分析方法的比较
洪水的淹没分析人们往往想到三维的洪水淹没分析，但实际上更有实用价值的应该是二维的淹没分析，原因有下面几点：

（1）目前所说的三维不是真正的三维，严格地说应该是2.5维，即用二维的表现设备来表现三维，这种条件下的三维往往受视角和视点的影响，视觉效果并不如人意，不能满足实际的应用需求。虽然现在市场上出现了一些真三维的观察显示设备，但其在价格，对硬件性能的要求，实用性上尚不能达到普遍使用的目的。

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