基于GIS和HydraN的復雜河網(wǎng)地區(qū)洪水風險管理及水資源聯(lián)合調(diào)度應用研究.pdf

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

2、復雜河網(wǎng)的特點,在降雨、地形等常規(guī)指標不能很好地反映該區(qū)域風險等級的前提下,本文引入土壤結(jié)構(gòu)、類型和河網(wǎng)結(jié)構(gòu)、特性等多項指標對常德沖柳復雜河網(wǎng)地區(qū)進行分級區(qū)域洪水災害風險評價,并在GIS環(huán)境下對整個地區(qū)進行風險區(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驗結(jié)果。結(jié)果同時表明,由于復雜河網(wǎng)本身特點,河網(wǎng)特性和下墊面指標對洪災風險的影響比其他地區(qū)更大,而降雨、地形等常規(guī)指標雖對洪災及損失起決定性作用,但在小區(qū)域的風險區(qū)劃上不能

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

4、展的一個重點。(3)針對傳統(tǒng)調(diào)度方法單一、低效,無法在防災的同時最大限度地節(jié)約和利用能源和水資源的現(xiàn)狀,本文引入HydraN軟件對沖柳復雜河網(wǎng)地區(qū)進行產(chǎn)流、匯流、穩(wěn)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)多項河流模擬,并在此基礎(chǔ)上提出優(yōu)化調(diào)度方案。HydraN軟件因其內(nèi)嵌的先進水文模型和水動力模型以及準確的泵、閘、涵、水庫等多種水工構(gòu)筑物模擬功能而在沖柳復雜河網(wǎng)地區(qū)實現(xiàn)了很好的應用。通過與歷史洪水統(tǒng)計資料進行對比發(fā)現(xiàn),進行校正后的HydraN軟件能夠比較精確地反應河

5、網(wǎng)中各條河流的即時水位,而水工構(gòu)筑物的分別模擬和集成GIS的可視化界面,可以動態(tài)演示實施某種調(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)度模式的應用比傳統(tǒng)調(diào)度更加準確、靈活、高效,而兼容其他模型和經(jīng)驗公式的自定義調(diào)度方式,則更能取長補短,將節(jié)能、引水、減災的最優(yōu)調(diào)度發(fā)揮到極致。(4)針對研究區(qū)域受災頻率高、承載時間長,遭災損失大的狀況,本文從防災減災的目的出發(fā),通過多種模型和技術(shù)手段實現(xiàn)在特大洪水條件下的災害時間和空間統(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用ERDAS IMAGINE的Virtual GIS模塊進行洪水淹沒動態(tài)模擬,并得到時間-水深曲線的空間分布;在時間上通過結(jié)合Damage Calculator和1:50000DEM,繪制得到水深-災害曲線,將二者結(jié)合之后得到整個沖柳地區(qū)及其局部的時間-水深-災害空間分布曲線。在這些時空統(tǒng)一的災害曲線基礎(chǔ)上,本文對1998年沖柳特大洪水進行了模擬淹沒及調(diào)度方案優(yōu)化,運用優(yōu)化后的方案不論從

7、災害上限的承災時間、重點堤垸受災時間、還是淹沒總體損失都比1998年當時要小很多。
　　 本文針對復雜河網(wǎng)地區(qū)的地理空間、氣候、歷史以及社會經(jīng)濟特點等眾多特點,運用系統(tǒng)的分析方法,采用多種先進的模擬軟件和模型,對西洞庭湖常德沖柳復雜河網(wǎng)地區(qū)進行了洪水風險、應急響應與優(yōu)化調(diào)度等多方面研究。研究認為,常德沖柳地區(qū)洪水災害風險總體偏高,災害應急響應速度較慢,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,在科學決