基于GIS技术的避洪转移理论体系研究

目前国内关于避洪转移分析的系统性研究较少,尚未形成一套完整的技术理论体系。以GIS技术为支撑,基于洪水风险信息,通过对居民地、路网数据进行相交处理,以乡镇级行政区划约束下的距离最近原则划分转移单元,同时确定需要转移人口数量的空间分布;采用最优路径计算方法结合GIS网络分析功能确定转移单元至安置区的最优转移路线。最后以新汴河刘卫闸处溃堤洪水方案为例,研究受淹区避洪转移分析的技术应用,为防汛决策、安全转移提供技术体系支撑。     

超标准洪水应急避险决策支持技术研究

针对传统避洪技术防洪风险动态识别能力不足、风险人群识别追踪预警手段落后、实时洪灾避险路径优化技术匮乏、应急避险决策支持平台缺乏等四大问题,融合卫星遥感、GIS、无人机摄影等多源信息,利用数值模拟、多源LBS、大数据、电子围栏、实时通讯等技术手段,研发了适应不同分漫溃情景的超标准洪水风险快速建模与预判技术、风险人群精准识别预警与实时监控技术和避险转移路径动态优化技术。在此基础上,研发了基于空天地水多源信息、实时信息驱动的防洪应急避险决策支持平台,具有应急避险信息识别精准到人、避洪要素智慧管理、转移效果全过程评估等功能。成果在长江流域荆江分洪区进行了模拟应用。     

河南泉颍片防洪保护区避洪转移图编制实践

避洪转移方案以基本洪水分析数据和成果为基础,在一维、二维洪水模拟结果的基础上,考虑不同淹没水深、不同流速、不同洪水到达时间,选择合理的就地安置区、转移单元、安置区。根据《避洪转移图编制技术要求》,结合河南省泉颍片防洪保护区实际情况,基于Arc GIS网络分析功能,利用道路路阻函数分析模型、最佳路径分析模型和Dijkstra算法,计算动态最佳避险转移路径,并在基础底图中将最佳转移路径以图形方式显示,从而制定合理可行的避洪转移方案。     

基于罗塘河溃堤洪水风险的避洪转移方案研究

为减少溃堤洪水对罗塘河区域内造成的生命财产损失,以溃堤洪水风险模拟结果为基础,分析了罗塘河20年一遇洪水过程下的溃堤风险要素,并利用Arcgis软件构建研究区域内道路网络分析模型,确定了对淹没危险区避洪转移路线,绘制了避洪转移图。研究结果可为罗塘河地区防洪应急预案的制定提供参考依据。     

基于GIS的避洪转移分析系统研发

从避洪转移分析计算的基础入手,建立了避洪转移分析计算技术流程和最优转移路径的求解算法,实现了相关软件系统的功能,并进行了实例应用。结果表明,该软件系统具有较好的实用性,可以为全国洪水风险图编制和防洪减灾的实际工作提供重要技术参考。     

溃坝洪水避洪转移动态路径优化方法

现阶段水库大坝安全管理应急预案中避洪转移路径划分采用时间短、距离近等原则，通常为静态路径，无法伴随溃坝洪水演进过程动态化。通过BREACH-MIKE21耦合模型进行溃坝洪水演进模拟，获取溃坝洪水淹没信息，接入路网模型构建环境情景模型。采用蚁群算法优化避洪转移路径，利用增加回溯算法、引入最大最小蚁群系统、改进启发式函数等手段改进算法，提升路径寻优能力和收敛速度；通过逐帧解析洪水淹没要素，将溃坝洪水信息融入算法中，最终得到最优避洪转移路径。仿真试验表明：（1）在同一淹没情景下，改进蚁群算法比基本蚁群算法平均运行时间增长1.6‰，准确率提高32%，收敛次数平均减少10.13次，收敛速度更快、寻优能力更强；（2）改进蚁群算法根据溃坝洪水演进优化得到的最优避洪动态路径比静态路径更安全。研究结果可满足水库大坝安全管理应急预案对避洪转移路径过程动态化的要求，提高应急转移效率，降低溃坝洪水产生的灾害影响。     

避洪转移图编制若干技术问题探讨

指导受洪水影响区域人员及时、有序撤离是洪水风险图的重要应用方向之一。在参照国内外相关研究经验基础上,对避洪转移图编制若干技术问题,包括避洪转移图要素、避洪转移图编制流程、洪水危险区确定、避洪单元确定与人口分析、资料收集与处理、避洪安置方式选择、安置区选取、避洪路线规划等方面进行了梳理和探索,探讨制定了适合我国国情的避洪转移图编制方案,为避洪转移图编制实践提供理论方法支撑。     

九江长江干堤防洪保护区避洪转移方案编制

以九江长江干堤防洪保护区马湖堤为例,结合现有洪水计算成果,借助GIS软件及洪水风险图绘制系统,提出并总结了避洪转移方案编制的主要内容、方法及原则,对指导防洪决策及减少当地人民生命财产损失具有重要的参考价值.     

基于MIKE FLOOD的中小河流溃堤洪水风险分析

近年来洪水引发的中小河流堤防溃决等洪水灾害风险问题凸显,因此进行溃堤洪水风险分析对于加强中小河流的洪水管理及减少溃堤洪水带来的损失具有十分重要的意义。以江西省罗塘河为例,借助MIKE软件中的MIKE 11、MIKE 21及其耦合模块对罗塘河遭遇10a一遇及20a一遇洪水进行溃堤洪水演进模拟。然后依据灾害系统理论从洪水的危险性和易损性两方面选择淹没水深、淹没流速、淹没历时等7个指标构建溃堤洪水风险评价指标体系。最后利用GIS技术与层次分析法对罗塘河洪水风险进行了评价。结果表明:洪水危险区面积为0.19 km~2,占研究区总面积的2.18%,主要分布在地势低洼的富港地区;重灾区和中灾区面积为1.25 km~2,占研究区总面积的14.37%,主要分布在重文和蒋元乐家;安全区为研究区域内洪水没有到达并且地物覆盖价值较低的地区,包括游家店、下胡、大塘杨家和马山等处。研究成果可为中小河流防洪规划、避洪转移等提供参考依据。     

湖北省洪水风险图技术大纲编制关键要素探讨

洪水风险图编制是防洪减灾的重要基础性工作,而洪水风险图技术大纲是指导洪水风险图编制的关键。对湖北省2013年度洪水风险图技术大纲编制过程中洪水选择、溃口设定、洪水分析合理性检验和避洪转移方案中的应用技术和涉及的关键要素进行全面深入探讨,提出了避洪转移方案及原则。研究成果为全省洪水风险图编制提供了关键性的技术支撑与示范,也为其他省份洪水风险图编制提供参考。     

基于ArcEngine洪灾避难路径选择可视化方法研究

为了在洪水灾害发生时尽量减少人员损失,保证人民的生命财产,避难路径的选择尤为重要。以辽河洪水风险图为基础数据,在Visual Basic环境下,利用ArcEngine 9.2组件为开发辅助工具,通过已有的避难场所初选方案,根据路权分析模型和在ArcGIS环境下建立的道路网络数据集实现最佳避难路径的生成,为灾民提供准确的撤离路线,达到快速撤离的目的。     

洪水避难分析系统的研究开发及其应用

随着经济社会快速发展,洪水高风险区中人口资产密度增大,受全球气候变化影响,台风、极端暴雨等形成的洪水灾害给高风险区的人员资产带来更大的威胁。危机时刻,如何更为有效、有序地组织灾区民众的避难转移是减少伤亡和损失的重要手段。本文从水文水力学、灾害学与地理信息科学等交叉视角,利用二维洪水仿真模型进行洪水演进模拟分析,对需避难转移人员及其空间分布特征进行识别;提出安置区的选择规划及优化匹配方法;建立最优转移路径分析模型及道路拥堵计算模型;在GIS平台上集成相关模型方法,开发洪水避难分析系统。在荆江分洪区进行了实例应用研究,建立了荆江分洪区的洪水模拟分析模型,用1954年分洪的实况洪水进行分洪区的洪水演进模拟分析,根据分析结果将分洪区划分为危险重灾区、深水重灾区和进洪轻灾区3个危险区域,利用荆江分洪区2014年分洪预案进行1954年实况分洪情景下的避难转移模拟分析,提出了基于洪水演进特征的分批次转移的改进优化方案。应用实例研究表明,本文建立的模型方法和相关系统具有较好的实用价值,可以为分蓄洪区等区域洪水避难方案的制定提供分析优化手段。     

基于二维水动力学过程的洪泛区避难逃生路线优化模型及应用

在洪水风险管理中,通常认为逃生距离与淹没水深是灾民避难迁移的控制因素,而洪水泛滥过程以及人员所在位置的时空分布对避难逃生时机与路径选择会产生较大影响。在构建的洪泛区避难逃生路线优化模型中,采用二维水动力学模型,模拟洪泛区的洪水演进过程;采用Dijkstra算法推求最短路线,考虑水流对逃生速度的影响,根据洪水中人体的稳定程度及最迟逃生时刻确定最优避难逃生路线。该模型计算结果能为指导洪泛区灾民逃生及路网选址提供参考依据。以1958年7月和1982年8月兰考东明滩区漫滩洪水为例,分析了漫滩洪水中人体危险程度变化情况,比较了2场洪水中3个受灾点最优避难逃生路线的位置及最迟逃生时刻。计算结果表明:根据最优路线开展逃生将为灾民赢得3~6 h的逃生时间;2场洪水中灾民逃生的最优路线位置相同,可据此适当调整已建路网或规划逃生专用的通道;因1958年洪水的洪峰及水量均较大,所以最迟逃生时间较1982年提前2~3 h。     

考虑致灾后果的溃坝洪水风险评估与等级划分

针对溃坝洪水风险受环境-荷载-人多种因素影响的不确定性,将不同洪水要素(水深、流速)联合考虑,分析洪水致灾的危险性。运用HEC-RAS二维水动力学模型和地理信息系统(GIS)空间分析技术,模拟溃坝洪水演进过程,从洪水到达时间、淹没范围等维度分析承载体的暴露度。针对人口分布与地理位置特征,基于人体失稳试验数据的统计规律、建筑物损毁标准进行承灾体脆弱性分析,提出基于灾害系统理论的溃坝洪水风险分析方法和溃坝洪水风险等级划分标准。可用于评估水库大坝失事风险,划分溃坝淹没区人口风险等级,为水库大坝突发事件应急救助和人口转移提供技术支持。     

城市地区水库溃坝洪水演进模拟

因水库下游的地形、边界、糙率等存在明显不同,城市水库溃坝后的下泄演进与山区水库可能存在显著差异。针对城市水库下游区域建筑物众多、糙率复杂的特点,利用地理信息系统(GIS)技术生成高仿真的数字高程模型(DEM),对不同地表类型赋予不同的糙率值并生成糙率场。以深圳龙口水库为例,利用MIKE21水动力模块构建溃坝洪水演进模型,假设主坝瞬间全溃后对下泄洪水进行演进模拟。计算结果表明:模型能较好地模拟城区建筑物的雍水效应,较能反映城市主干道在洪水演进过程中的引导作用以及局部地区洪水迅速涨落和消退的特点,说明高仿真的DEM和多元分布的糙率场对保证城市水库溃坝模拟演进的合理性具有重要作用。     

溃坝洪水研究进展

溃坝洪水研究的目的是计算溃决坝址的流量、水位过程线,并向下游作洪水演进得到沿程的流量、流速、水位、波前与洪峰的到达时间,评估下游洪水淹没损失情况,以便于采取措施,降低洪水风险。从溃坝水流理论研究、溃坝问题的试验研究、溃坝模拟及洪水在下游演进这3个方面对溃坝洪水研究进行了综述,回顾和总结了国内外溃坝洪水研究的发展历程、已取得的成果和近些年的进展,提出了将来要研究的重点,并对研究前景进行了展望。目前溃坝理论的数值求解发展迅速,由试验提出了溃坝机理,研究不断模型化;但高强输沙理论未建立,溃口冲刷过程未能准确表达,对梯级溃坝和冰湖溃决洪水研究较少。今后应加强溃坝水流理论研究,开展大尺度、多库溃坝模型试验研究,积极做好梯级溃坝和冰湖溃决洪水模拟,进一步建立快捷可靠的区域溃坝洪水预报系统。     

韩江南北堤防洪保护区溃坝洪水演进数值模拟研究

洪水分析计算是洪水风险图编制的基础。基于一维、二维水力学耦合模型,建立了韩江南北堤防洪保护区溃坝洪水演进数学模型,分析探讨了韩江南北堤瞬溃后溃口流量水位关系、主要地物特征点的水位和流速变化以及洪水演进过程。结果表明:溃口峰值流量出现在溃坝瞬间,随外江水位下降,溃口流量减小,至溃坝99 h后基本为0。湘桥区距溃口最近,受洪水破坏最严重,最大流速值超过1. 3 m/s。云路镇、登岗镇和湘桥区由于地势较低,最大淹没水深普遍在2 m以上。     

基于DTM的溃坝风险图编制技术

溃坝洪水风险图对于制定区域防洪应急预案、进行溃坝洪水风险分析是十分必要的.利用BREACH模拟溃口,采用无结构网格有限体积法进行二维溃坝洪水演进计算,利用TIN模型将计算结果可视化,制作成水深风险图、流速风险图、淹没历时风险图、洪水到达时间风险图,并对风险图进行了空间分析.本文充分利用了GIS对空间数据以及空间数据和属性数据联合分析的功能,对溃坝洪水风险图制作的基本原理和方法进行了探讨,并应用于沙河集水库大坝溃坝模拟,具有较强的实用价值.