基于DEM的洪水淹没分析

2002年 第11期 测 绘 通 报 25 文章编号:0494-0911(2002)11-0025-03

中图分类号:P208 文献标识码:B

基于DEM的洪水淹没分析

郭利华,龙 毅

(武汉大学资源与环境科学学院,湖北武汉430079)

AnalysisofFloodSubmergingBasedonDEM

GUOL-ihua,LONGYi

摘要:DEM是地表或空间现象起伏变化的数字表示,包含了地球表面上许多有用的地理信息,其中就包括水文信息。通过DEM

来生成集水流域和水域网络是大多数地表水文分析模型的数据来源。在用DEM数据生成3维地面模型的基础上,重点介绍与洪水淹没分析有关的一些技术问题。

关键词:DEM;伪洼地;有源淹没;无源淹没

一、引 言

我国是一个洪水多发性国家,每年因洪水淹没造成的损失难以估计。近年来,洪水淹没模拟分析和预测得到很多相关专家的重视,成为重要的研究课题之一[5~9,11]。随着GIS技术的日趋成熟,许多研究者将GIS空间分析技术与水文分析模型相结合,开始了一个新的研究领域。不过,不同的研究者研究洪水淹没的角度不同,侧重点也不同。有的研究者从矢量数据出发,分析地表径流;有的则从栅格数据出发,通过模拟3维地形,分析地貌关系来进行洪水淹没的计算和预测。但是这些研究都只是从某一点来进行研究,不能对整个淹没区域进行全面的模拟和分析,因此,提出一个较为全面的洪水淹没模型系统有着十分重要的现实意义。

洪水淹没由多种因素造成,降雨、上游来水都可以造成淹没。按照洪水淹没的成因,我们可以将洪水淹没分为两大类:无源淹没和有源淹没。所谓无源淹没,就是只考虑因降水而造成的水位抬升,不考虑地表径流水的汇入。有源淹没则是在无源淹没的基础上,考虑到地表径流水造成的淹没情况。本文在Grid正方形格网DEM数据建模的基础上,分析3维地表的洪水淹没情况。其中包括DEM数据的预处理、无源淹没分析及模拟、有源淹没分析等研究工作。

与实际的地貌形态并不相符,甚至产生矛盾的情况。这是因为采集DEM数据时,由于选取精度的影响,忽略了许多中间地貌形态,从而造成这种异常现象。这些数据的出现常常会影响正常的分析,特别是在判别地表中洼地的时候,时常会出现许多异常的洼地,我们称这种洼地为伪洼地。伪洼地的出现会误导水流方向,因此,在进行洪水淹没分析之前,必须找出这些伪洼地并且将其去除。

1.寻找洼地底点

洼地底点具有这样的特性:该点4周的点(可从4方向邻域或8方向邻域来判断)的高程大于或等于该点的高程。例如,我们从8方向邻域来判断时,要根据以下条件来判断:

如果Height(i,j)<Height(k,m)其中,i-1 k i+1且k I,j-1 m j+1且m j

则 点(i,j)可以放入洼底点栈中(图1)。i+1,j-1

i+1,j

图1 洼底点的判断

i+1,j+1

现实地貌中,满足洼地判断条件的区域有可能是平原地区或小平地,在这里不考虑这种情况,即所有相连切高程相等的最低点均视作可盛水区域的洼地处理。

2.剔除伪洼地点

(1)伪洼地的判断

由于DEM数据误差的影响,满足上述条件的点并非都是真正的洼地底点。DEM分辨率的影响或者采集时所产生的误差的影响,使得某单个点或

二、DEM数据预处理

用DEM数据做各种分析运算的时候,经常会发现某些异常点,这些点与周围点构成的地貌形态

收稿日期:2001-04-13;修回日期:2001-09-11

作者简介:郭利华(1977-),女,湖南长沙人,硕士,主要从事3维可视化实现及应用研究工作。

26 测 绘 通 报 2002年 第11期某连续的几个点的高程低于周围点的高程,但并不是真正意义上的 洼底点 ,形成伪洼地。对于这些伪洼地,我们要引入一个面积阈值或洼地容积阈值对其进行去除。即当洼地面积或容积小于某一阈值时,将它视为伪洼地,不会产生淹没后果,当大于这一阈值时,则认为该洼地当蓄水达到某一程度时,会产生洪水淹没现象并会产生淹没后果。

此处引入的面积并不是我们平时所指的地形表面的面积,而是指当洼底被水填满后的水面面积。在规则格网的DEM数据上,不同高程的点映射到X-Y平面上以后形成的面都规则的矩形格网,所以算被淹地的水面面积就简化为求所淹没的三角形在X-Y面上投影的面积。而每个格网三角形投影到X-Y平面上的面积都是相等的(以S 表示),所以被淹没的洼地的水面面积S为

S=S N=1/2 Dx Dy N

其中,Dx为格网X间隔,Dy为格网Y间隔,N为洼地内所淹没的三角形的个数。

计算洼地容积的思路为:每一点的容积是以该点所在的洼地高度减去该点的值为高度、以某值为边长、底面为正方形(或矩形)的柱体的容积。将洼地中高度值小于洼地溢口点的高度值的点的容积累加后,就得到洼地的容积。

(2)伪洼地的去除

伪洼地的去除可通过修正DEM数据来实施,具体方法有多种:将伪洼地底点高程赋以该点周围点的最低点高程,或者取周围点的平均值,或者通过某一种差分算法获得高程值均可。在此试验中,笔者是通过取该点周围点平均高程值作为该点新的DEM高程值来实现的,见图2,图3

。

h=s

-3

以下数据均为经过预处理的DEM数据。

三、无源淹没分析

无源淹没中,凡是高程低于给定水位的点都记入淹没区,算作被淹没的点 …… 此处隐藏：3578字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……