基于GIS的围垦工程防潮效益计算模型研究.pdf

技术交流
SMALL HYDRO POWER 2013 No2. Total No170
基于GIS的围垦工程防潮效凎计算模型研究
范东辉(福建省水利水电科学研究院福建福州350001)
摘要】在分析现有防洪经济效益计算方法的基础上,利用GIS空间分析技术,结合围墨工程的特点及潮水的水文特
性,建立圆垦工程防潮效益计算模型,并以福建省罗源湾白水圃工程为例进行了水洈模拟与防潮效益计算。图5幅,表4个
【关键词】围垦工程防潮效益计算模型CS
1概述
的防洪经济效益为基础,计算出各种不同频率
“有”和“无”防洪工程的淹没损失值,它能反映
为了满足地方经济发展的需要,人们通常采用出洪灾损失的随机性,但不能反映大或特大洪水的
修建堤坝的方式对沿海滩地进行开垦,比如海涂围效益;实际典型年系列法是根据水文资料,选取比
垦、固海造田等。圃垦工程的建设,在产生增加土较完整、代表性较好且有一定长度的实际典型年系
地、防潮减灾、改善交通等正面效益的同时,也产列的洪水资料,分别求出各年“有”、“无”防洪工
生了对生物繁殖与梄息地的影响、海域环境容损程情况下的洪灾损失值,再求多年的平均值,它计
失等负面效益。如何科学、合理地分析评价围垦工算简单直观,但典型代表系列不易选取。
程的效益,正确反映围垦工程的作用,不仅可以对
围垦工程防潮效益的计算主要涉及两大部分:
已建围垦工程提高认识,同时也可为今后规划和发
是确定围垦工程防潮设施的保护范围,即在无防
展围垦工程提供科学依据。在围垦工程的众多效益潮设施时潮水的淹没范围。二是参照防洪效益计算
评价指标中,针对防潮效益的计算,目前国内还没方法,结合潮水特定的水文特性,确定固垦工程防
有专门的计算模型,通常只能借鉴已有的针对防洪潮效益的计算模型。围垦工程防潮效益计算的相关
工程的计算方法进行防潮效益的计算。鉴于潮水具因子主要有水淹范围、淹没区域的单位面积资产值
有出现频率高、潮差大、转移性强等特点,相关因以及资产损失率(见图1)。
子的确定和采集要比防洪工程更加复杂,某种程度
研究区影個单位面积资产
上影响了防潮效益计算的精确度。
屏数字化r叠加
LDEM、水液水海
防潮效益
2计算模型研究
计算模双效益值
输人
目前常用于防洪经济效益计算的方法有:频率
k位口产失率
法、实际典型年系列法、最优等效替代措施法、保
图1防潮效益计算流程
险费法、稳定生产增长法,其中应用较为广泛的是
为了围垦工程的防潮效益计算更加合理、贴合
频率法和实际典型年系列法。频率法是以一次洪水实际,关键是耍精确提取不同淹没深度的不同土地
利用面积与资产及其损失率。因此,引入GIS(地
收稿日期:2013-03-21
理信息系统)的空间分析与虚拟仿真方法,对假设
基金项目:福建水利科技专项:“固垦工程效益后评估方法
无”防洪堤的情况进行水淹模拟,并从DEM(数
研究”(K/200601)
字高程模型)和土地利用类型数据提取不同淹没深
作者简介:范东辉(1963-),男,高级工程师,主要从事度的不同土地利用面积,并根据资产损失率及水文
水利水电工程设计及科研工作。
站的潮水观测数据,进行单次防潮效益计算及多年
Email:462500620
qg com
平均效益计算。
小水电2013年第2期(总第170期)
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2.1基于DEM的水淹范固的提取方法
(见图2),将DEM和水位信息作为参数P代入模
DEM是确定水淹范围的重要数据,它能够充型计算,比较DEM的高程信息和水位的大小,将
分反映地形高程属性,通过判断地形高程数据与潮高程值小于水位的区域输出,即获取了水淹范围。
水水位的关系,才能确定研究区域是否被淹没;因在 Arescene中将DEM和遥感图像数据叠加,最终
为只有高程低于潮水水位的地区才有可能被淹没,实现淹没状况的三维仿真。
所以在创建DEM数据时要保证精度要求。
2.1.1数字高程模型的构建
字高程
出转後后)获取小于水位(水位(米)
的格数据
数字高程模型是模拟水淹过程的基础数据,它
的精度直接影响了正常的分析,所以在模拟之前要
输出失
将栅格数据
小于水位
计算面积
对原DEM数据进行处理,即对存在的异常点进行
数据
转换成矢量
的栅格数据
处理;特别是在判别地表中注地的时侯,常常会出
(水滟范图输出
现异常的洼地(伪洼地)而影响水流方向。因此,
在进行水淹分析之前,必须要找出这些洼地并将其
图2水淹范围提取模型构建
去除。修正DEM数据的方法有赋点周围点的最低
高程、取周围点的平均高程、差分算法获得高程
在提取整个研究区域的水淹范围后,需要进一
值等。
步确定不同淹没深度的范围,即把淹没范围作为边
2.1.2水淹范围提取的计算方法和模型
界将原始DEM裁切出来,用水位减去裁切出来的
潮水淹没范围确定的基本思想是:以修正后的DEM即生成代表淹没深度的DEM,再按照淹没深
DEM为基础,利用水文站提供的水位为淹没水面度对其重新分类即可获得不同深度的淹没范围(见
的高程。水淹时,在研究区域内将洪水简化为一个图3)。
平面,这样就把确定淹没范围的问题归结为DEM
原始DEM
「淹没范围
被一个斜平面切割的问题。
以淹没范围为边界裁切原始DEM
1)无源淹没和有源淹没
洪水淹没通常可以分为两大类;无源淹没和有
裁切后的DEM
潮水位
源淹没。所有高程值低于水位值的区域,都被认为
水位减去裁切后的DEM
是可以淹没的,即无源淹没,它没有考虑地表径不同深度液没范ト重分し代表施没深度的DN
流、区域流通等复杂问题,适合用在较为平坦广阔
图3不同深度淹没范围提取
的区域;而有源淹没是在无源淹没的基础上,考虑
了区域连通性等问题。在实际应用中,有源淹没较2.2防潮效益计算方法
为常用也较为复杂。本研究涉及的是垦区的水淹模
本文中防潮效益指的是直接经济效益,即通过
拟,考虑到一般垦区较为平坦,所以在模拟垦区潮防潮设施减少的、能够用价值来衡量的淹没损失,
水淹过程时采用无源淹没。
如农作物淹没损失,工程设施的毁坏损失等。防潮
2)淹没边缘的判断
效益计算过程涉及多个相关因子,有淹没面积、单
对于DEM数据,判断洼地淹没边缘的主要方位面积资产值、资产损失率等。
法有射线法和扩散法两种;射线法常用于无源淹
根据某一潮水位或某一频率的潮水,对比有无
没,扩散法常用于有源淹没。射线法常用平行线扫围垦工程造成的损失。计算时首先根据防潮区的特
描和铅垂线扫描。在判断出洼地点的基础上,分别性和调查资料将围垦工程的防潮减灾经济效益计算
沿平行于X、Y轴线的方向扫描,判断扫描到的点划分为若干个计算单元,分别根据其各自的淹没深
的高程值。扩散法(种子法)则是将洼地中的一个度、资产类型及损失率,计算各单元的数值,最后
点作为种子点,然后向其相邻的8个方向扩散。
汇总成整个受淹区域的防潮减灾经济效益。
3)淹没范围提取与水淹模拟
2.2.1某一次防潮效益的计算
本研究