GIS技术在城市防洪排涝中的应用分析

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【摘要】 随着城镇化进程不断加快以及气候变暖带来的极端气候变化，部分城市接连遭受大型洪涝灾害。暴雨洪涝在引起媒体与公众普遍关注的同时，也给城市管理部门的防御和对策研究带来了新的难题。gis技术在空间信息分析上的广泛应用为城市应对汛期洪涝灾害提供了新方法和新思路。

【关键词】 GIS；城市洪涝；应用

0 前言

近几年，我国多城市夏季汛期持续遭遇暴雨侵袭，引发严重洪涝灾害。每次暴雨来袭，大城市屡成泽国，防洪和排涝问题已然成为近期困扰中国城市的新问题。以往一些防洪任务相对不重的城市也频繁发生严重暴雨洪涝灾害，对城市经济社会发展和人民生命财产安全构成重大威胁。多年来防洪排涝已成了每年夏季城市应急的“必修课”，应对这个新的城市问题离不开信息技术的大力帮助。地理信息系统（GIS）技术是近些年迅速发展起来的一门空间信息分析技术，在资源与环境应用领域中发挥着技术先导的作用。本文简要论述了GIS技术在城市防洪排涝中的应用，以期为应对城市洪涝灾害问题提供技术支持。

1 GIS技术的功能及特点

地理信息系统（GIS）是在计算机硬件和软件支持下，以采集、存储、管理、分析、描述和应用与空间地理分布有关数据的计算机系统。地理信息系统处理管理的对象是多种地理空间实体数据及其相互关系，包括空间定位数据、遥感图像数据、属性数据等。这些数据用于分析和处理在一定地理区域内分布的各种现象和过程。GIS系统依据地理对象的空间特征及属性特征，建立多种空间分析模型，在这些模型的基础上通过空间查询和空间分析对地理数据进行管理，并对地理数据进行分析、加工和处理，提取有用的地理信息，为科学决策提供支撑。

近年来GIS技术在城市汛期防洪及应对内涝问题上大量应用，并发挥了巨大优势。利用GIS强大的空间数据分析能力结合其他领域的数据共享优势，可以迅速提供决策支持、动态模拟、统计分析、预测预报等服务。

2 GIS技术在城市防洪排涝中的应用

随着水利行业信息化建设的推进，国内已有部分城市将周边水域分布及本地区水文信息运用数据库技术进行组织、存储、处理、分析，在一定程度上提高了应对城市洪涝灾害的水平。同时可以发现，对于与空间定位密切相关、层次性强、变化快、数据形式多样的各种信息仅以数据库技术来组织分析，而不对空间分布相关特性进行分析而形成的决策措施有着明显的局限性。因此，现代城市防洪排涝形势迫切需要凭借GIS技术的优势分析处理大量复杂的空间信息，以达到预报准确，决策科学，措施高效。

2.1 制作城市专题地图

专题地图是指将专题信息或普通地图的某些要素在地理底图上完备的表示出来的地图。将GIS技术应用于专题地图的制作，可以大大提高制图的精度和效率，突出表现某一专题的大量信息，能有效避免传统地图制作的多种缺点。在专题地图制作过程中，GIS可以交替使用矢量处理和栅格处理技术，使制图快速精确。针对城市汛期防洪任务可以制作大比例尺雨量统计分布图、水库蓄水地表吸水能力分布图；针对排涝救灾相关任务可以制作城市排水设施工程图、街道地形地势三维模型图等。

详细建立多种专题地图并按层存储，通过不同的专题信息建立不同的图层，用户需要哪方面的信息便可以快速的将该图层在同一张地图中叠加观察，方便有效。同时通过遥感技术及导航定位技术等相关领域实现定期数据更新，建立快速应急反应机制，保证地图的实时性，为应对城市洪涝灾害提供完备的信息支撑。

2.2 暴雨致洪预报及涝情预测

汛期或短期强降雨来临之前，利用GIS技术对气象数据进行分析得到准确的地区面雨量参数，可为城市及周边流域的防汛抗洪、水库调度提供可靠的决策依据。同时可通过GIS空间拓扑分析对市区各分片区域蓄水渗水和地面硬化程度的统计数据建立区域模型，结合周边江河水库蓄水能力综合评价，即可对可能出现的内涝灾害作科学预测。其中暴雨面雨量的计算方法很多，包括逐步订正格点法、等雨量线法、泰森多边形法等。但利用GIS技术计算面雨量参数是一种较新的算法，有独特的优势。

通过长江流域面雨量及中央气象台数据对比分析表明，当某一地区监控站密度越大，参考数据越多，计算所得面雨量精度越高，这刚好发挥了GIS技术的系统整合优势。通过建立基于地理信息系统的面雨量模拟预报模型，能够既好又快的处理分析雨水空间分布数据，可有效对暴雨致洪及城区内涝等级做出预测分析，最大限度地减少暴雨洪涝等自然灾害带来的损失，同时也有助于提高防汛抗洪等方面的决策服务水平。

2.3 城市用地规划及排涝工程建设

城市内涝现象出现的主要原因就是排水系统建设滞后及城市硬化程度的盲目提高。将GIS技术应用于城市用地适宜性分析及工程建设网络规划中效果十分理想。通过地理信息系统的网络分析功能对自然、政治、经济、文化等诸要素进行定量分析，可以对城市用地规划作合理分配。从而减少城市硬化面积，合理增加土地蓄水渗水能力。采用矢量图像和栅格图像的缓冲分析设置各节点周围公共绿地、水利网络的科学分布数据，再通过叠加分析求各地区的相交部分，从而建立起理想的城市用地规划模型。同时需要结合地下排水系统整体规划合理设计，对污水雨水两大排水系统加强重视投入。

发挥GIS技术的空间分析优势，充分考虑工程建设的系统性和前瞻性，科学改造排水管网，建立城区排涝泵站，全面建设包括点（排涝泵站）、线（排水管、沟）、面（地面雨水调蓄设施）、地下（地下雨水调蓄设施）对策在内的全方位城市雨水调蓄工程体系。

2.4 救灾力量调度及路径优化

在应对城市洪涝灾害中，基于GIS的抢险救灾应急系统不仅为决策层提供信息服务，更可贵的是为救援力量提供巨大的技术支撑。当涝情发生时GIS技术可将全市的监控数据实时筛选，对积水的路段和居民区实现可视化显示，通过建立缓冲模型划出警戒等级，为及时疏导交通和居民提供依据。

与此同时，系统自动更新道路通过能力，利用数据库中的信息再综合分析评价救援力量与救援目标之间的道路堵塞因素、单双线因素、积水因素等，快速生成最优化开进路径。对包括武警官兵、排涝水泵、就生器材等在内的救援力量合理调度安排，实现快速反应、及时到达、高效救援的目标。

3 存在的问题及展望

目前GIS技术在构建数字城市的应用中已逐步成熟，在各个领域都有应用。但由于计算机技术本质上在逻辑推理和智能识别上的困难使大多应用均趋向于初步实现，将GIS技术运用在城市防洪排涝的大型工程中还不能完全代替人力发挥绝对的主导作用，只能作为一种辅助手段。同时在与其他技术的结合中受限与数据共享壁垒及更新困难，造成数据采集输入耗时耗力并且陈旧过时，对于实际运用十分不便。随着计算机智能的飞速发展及数据共享壁垒的终将消除，GIS技术在城市防洪排涝应用中将发挥不可替代的主导作用。

4 结束语

GIS作为一门地理学与计算机应用相结合的交叉学科，用于解决系统性的复杂问题十分理想。在城市化进程飞速前进的今天，预防并应对城市洪涝等灾害已成为现代化城市的刚性需求，将GIS技术在应用于城市防洪排涝中，大大提高了灾害预报的准确性，提供了科学的决策依据，为及时高效应对城市洪涝灾害发挥着不可替代的重要作用。

参考文献

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作者简介：

马鼎（1990-），男，本科，武警工程大学在读研究生。