华北水利水电大学

GIS与灾害评价

结课报告

   题   目：GIS洪水淹没模拟及在灾害

评估中的应用           

专    业：地理信息系统         

姓    名：xxx               

学    号： xxxxxxxx            

指导教师： xxx                

时    间： 2014/10/21            

前言

我国是一个洪水灾害频发而严重的国家，自古以来，人民在社会经济生活中就离不开抗洪救灾以争取生存和发展。由于洪水具有不确定性、突发性、区域性等特点，要及时迅速了解洪水的发展态势，全面掌握灾情进展，准确评估洪水灾害损失等，仅仅依靠通讯与地面交通工具是难以实现的。而现代遥感、GIS和数据库技术，以及数值模拟、数学模型等科技成就的发展为洪水灾害的调查、计算、模拟、分析、评估和防治提供了崭新的手段。

本次实验重点研究范围为红水河流域中的整个龙滩流域及其六个子流域（甲板、平腊、八茂、蔗香、这洞、高车）。

关键字：   GIS   洪水淹没  三维建模  红水河流域

1.1背景

近几年来，将GIS技术与水动力模型相结合，根据数字高程模型DEM(Digital Elevation Model)提供的三维数据来预测、模拟显示洪水淹没区，并进行洪水灾害评估，已成为GIS应用和水利部门的一个非常活跃的研究课题。在GIS和空间数据库支持下的基于GIS的洪水淹没灾害损失评估不完全依赖于灾害统计数据，而是充分利用洪水灾害的自然特征和社会经济指标，运用信息提取、空间分析和数学模型等方法，获取洪水灾害程度的空间分布结果，从而使洪水淹没灾害评估的空间信息更为详尽。

1.2研究区域简介

红水河是珠江流域西江水系的中上游河段，发源于云南省沾益县马雄山，流经滇、黔、桂三省（区），上游主流称南盘江，流至庶香双江口与北盘江汇合后称红水河，到广西三江口与柳江相汇合后称黔江。红水河流域位于东经102°20′-109°30′，北纬23°04′-26°50′之间，流域四周为群山环绕，整个地势自西北向东南倾斜，平均海拔高程1450m。本次实验重点研究范围为红水河流域中的整个龙滩流域及其六个子流域（甲板、平腊、八茂、蔗香、这洞、高车）。

1.3实验数据

 本研究采用的基本数据分为空间数据和水文数据以及其他辅助数据。其中，

空间数据：

Ø  龙滩流域的DEM底图

Ø  modis遥感影象底图

Ø  省市县行政边界

Ø  城市分布图

Ø  站点分布图

Ø  河网、龙滩流域及其子流域分布图

水文数据：

Ø  各子流域水文站获取的降雨量数据

其中辅助数据是流域流经区域经济数据以及为实现真实三维场景所采集到的部分建筑物纹理数据。

1.4三维场景建模

三维场景的制作是通过将数字地形模型 （DEM）和遥感图像数据进行叠加，再将通过实地考察利用三维建模软件google sketchup建立好的建筑物模型和树木模型导入场景中，生成具有三维可视的地貌景观图。在此基础上可以进行红水河流域水资源的研究 、洪涝灾害快速监测与评估及周边地表起伏形态特征等。

Ø  具体流程如图1所示：

图1  三维建模流程

Ø  场景效果截图2所示：

图2  三维场景模型截图

1.5 基于GIS的洪水淹没范围计算

洪水淹没范围计算分析是洪水灾害损失评估的前提和基础。它根据红水河流域中的整个龙滩流域及其六个子流域实际、预报、设计和历史等情况，配合大比例尺的数字化地图，利用淹没范围模拟算法计算洪水淹没范围，并动态显示洪水淹没的演进过程和区域，为后续进行的洪水灾害损失评估提供淹没深度和面积等重要的实时数据信息。

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，可将其分为两大类：一类是无源淹没，一类是有源淹没。本次操作主要是利用arcmap软件完成，通过已知红水河流域各水文站水文数据确定洪水位，由已知DEM数据和给定洪水水位来确定淹没区域并计算淹没面积。具体操作流程在arctoolbox中新建model builder模型，（如图3），只需给定水文数据，可以直观的观察到其淹没区域及面积。

图3  淹没面积计算model builder模型

1.5.1 无源淹没分析

　　只考虑受淹区的高程与给定水位的高程情况，而不用考虑淹没区的连通问题，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，这种情形相当于整个区域大面积均匀降水，所有低洼处都可能积水成灾。其淹没面积计算比较简单，所有低于或等于预测水位高程的像元都将计人淹没区，经累加计算得出淹没面积

1.5.2有源淹没分析

　　水流受到地表起伏特征的影响，在这种情况下，即使在低洼处，也可能由于地形的阻挡而不会被淹没。造成的淹没原因除了自然降水外，还包括上游来水、洼地溢出水等。面积计算稍微有点复杂，它是在无源淹没的基础上，考虑到连通要求的淹没面积的计算。本文介绍的是用人为的方法确定符合连通条件的区域，将其取出，并计算出它的面积。具体做法是把决堤口定为源头，在转换生成的Raster中寻找与源头连通的区域。将所有 Raster的值为 1的区域进行累加计算，得出淹没区的面积。

1.6洪水灾害风险图制作

　　洪水风险图是以图的形式直观反映洪水威胁区域发生某一频率洪水后，可能淹没的范围、水深等洪水要素以及不同量级洪水可能造成的灾害风险和对社会经济的损害程度的工具。根据该图并结合影响区域内社会经济发展状况，合理制定防洪指挥方案，合理评价各项防洪措施的经济效益，合理估计洪灾损失，为防洪保险提供依据。本文研究的风险是一种相对的概念，即不同区域之间风险大小的相对比较。

在 GIS的支持下，利用洪水淹没计算得到的淹没范围、淹没水深，与各种专题图层（包括行政区划、土地利用、居民点分布、人口分布、重要地物分布、交通线路等）进行拓扑叠加和空间分析 （空间查询、网络分析等），即可生成有关专题淹没图件，包括重要设施淹没图、抢险迁安路线图等。如进一步关联背景数据库中的社会经济信息，并结合相关数学模型，可统计由洪水淹没造成的灾害损失。

Ø  制作基本流程如图4所示：

图4   洪水风险图制作流程

Ø  红水河流域洪水灾害风险图如图5所示：

图5 红水河流域洪水灾害风险图

1.7结束语

本实验以红水河流域中的整个龙滩流域及其六个子流域为试验区，借助GIS分析了在洪水淹没灾害评估系统中洪水淹没范围模拟，并动态显示淹没的演进过程，从而提高了洪水淹没范围计算分析的时效性和准确性。在洪水淹没范围区域分布的基础上，利用数字高程模型DEM，结合GIS的空间分析功能，模拟计算出红水河流域洪泛区域内的淹没水深深度，为洪水灾害淹没损失评估提供重要的相关参数信息，从而提高了洪水灾害评估的精度和效率。

 

第二篇：水温、pH实验报告20xx

受控编号：ZHJC/GL021                              No:          

实验报告

监 测 项 目：     pH、水温的测定      

监测分析方法：  测定pH、水温电极法    

郑州市环境保护监测中心站

20##年 2 月 1 日

监测科室：现场监测室

实验人员：

审核人员：

pH、水温的测定

本方法采用GB/T 13195-91《水质 水温的测定 温度计或颠倒温度计测定法》；GB 6920-1986《水质 PH值的测定 玻璃电极法》；便携式pH计法《水和废水监测分析方法(第四版)》国家环境保护总局，20##年；

1、方法原理

pH值是水中氢离子活度的负对数。现场监测使用的是便携式pH计法。pH值常用复合电极法。以玻璃电极为指示电极，以Ag/AgCl等为参比电极合在一起组成pH复合电极电动势随氢离子活度变化而发生偏移来测定水样的pH值。复合电极pH计均有温度补偿装置，用以校正温度对电极的影响，用于常规水样监测可准确至0.1pH单位。为了提高测定的准确度，校准仪器时选用的标准缓冲溶液的pH值应在与水样的pH值接近。

温度为现场监测项目之一，常用的测量仪器有水温计和颠倒温度计。前者用于地表水、污水等浅层水温的测量，后者用于湖库等深层水温的测量。

2、仪器与试剂

使用的仪器型号：手提式pH测试仪（隆力德pH3210），pH分辨率0.01，有温度监测功能。

3、实验条件

对柿园水厂水样现场进行pH、水温测定。监测断面的布设能使监测数据有代表性，以便获得完整的环境质量监测信息。

4、实验步骤

20##年9月5日对柿园水厂进行pH、水温的测定。

（1）监测断面的布设原则：

①监测断面必须有代表性，其点位和数量应能反映水体环境质量、污染物时空分布及变化规律，力求以较少的断面取得最好的代表性；②监测断面应避开死水区、回水去和排污口处，应尽量选择河（湖）床稳定、河段顺直、湖面宽阔、水流平稳之处；③监测断面布设应考虑交通状况、经济条件、实施安全、水文资料是否容易获取，确保实际采样的可行性和方便性。

本次监测的柿园水厂采样断面选择水流平稳、水面宽阔、无急流的断面。由于水深不到5米，故在水下0.5米处设置一个采样点位。

 （2）仪器的校正及测定：

①校正

将仪器连接到有温度补偿功能的接口，选用与水样pH值相差不超过2个pH单位的标准溶液校准仪器。从第一个标准溶液（pH7.00）中取出电极，彻底冲洗，并用滤纸吸干，再浸入第二个标准溶液中（pH9.18）。校正后，查看电极斜率和校正评价。三者均无异常，可测定水样。测水温的电偶已计量。

②测量

将电极与仪器连接，按开关打开仪器，仪器自动检测储存在电极中的校准数据，进入测量状态。将电极浸入取出的水样中4cm，轻轻摇动，待读数稳定后记录pH值。为了避免污染，测量前用被测样品清洗电极。用去离子水仔细冲洗电极，装箱。测量水温，读取数值，平行测定3次。测量结束后，用蒸馏水清洗电极，用滤纸吸干，放回仪器盒。 

5、实验结果   

表1           监测原始数据一览表

注：监测时仪器自动将pH检测值修正到了25℃。

测量pH的平均值是7.84 ，标准偏差s=0.01 ，

相对标准偏差RSD=0.13 % ；

测量水温的平均值是24.1 ℃，标准偏差s=0.06 ℃；

相对标准偏差RSD=0.24 %

6、结果与讨论

通过实验，掌握了断面的选择、点位的布设，仪器的正确使用，以及监测原始数据的处理。通过对柿园水厂pH、水温的检测，pH值在6～9之间，水温变化在限值之内（周平均最大温升≤1；周平均最大温升降≤2），数据结果显示其变化在限值之内， 符合GB 3838-2002《地表水环境质量标准》指标。

7、结论

通过对柿园水厂pH、水温的测定，进一步规范了仪器的正确使用，以及监测原始数据的处理。溶解氧监测值数据准确，为监测工作提供了可靠依据。

8、参考文献

GB/T 13195-91《水质 水温的测定 温度计或颠倒温度计测定法》；

GB 6920-1986《水质 PH值的测定 玻璃电极法》；

便携式pH计法《水和废水监测分析方法(第四版)》国家环境保护总局，20##年；