[发明专利]一种基于GIS栅格运算的沿海城市多源洪涝数值模拟方法

说明书

本发明公开了一种基于GIS栅格运算的沿海城市多源洪涝数值模拟方法，该方法设有参数设置模块、地表数据输入模块、水文多边界条件输入模块、洪涝数值即时模拟模块和可视化输出模块。在参数设置模块中设置模拟基本参数；地表数据输入模块中输入研究区域基本地理信息包括地形数据，土地类型，土壤类型以及管网数据；水文多边界条件输入模块中输入多源洪涝序列文件包括暴雨内涝，海岸风暴潮，和河流洪水三种洪涝灾种；可视化输出模块设置输出文件格式类别；启动运行洪涝数值即时模拟模块，将即时显示多源洪涝数值模拟结果。本发明基于GIS栅格运算，模拟预测沿海城市多源洪涝碰头的灾害情景。

技术领域

本发明涉及水文、气象、海洋及地理信息技术，具体涉及一种基于GIS栅格运算的沿海城市多源洪涝数值模拟方法。

背景技术

洪涝灾害是全球最为频发、且影响最为严重的自然灾害之一。洪涝模拟研究方法也逐步由定性、半定量分析转向数值模拟与情景分析的定量化研究。国内外对于洪涝情景模拟已经开展了大量理论方法与案例分析研究，在研究方法上，经历了从定性到定量、从经验分析到数值模拟、从静态评估到动态模拟的发展过程，但多针对于单一致灾因子危险性的分析，对于多致灾因子综合作用方面的探讨较少，尤其对于灾害群发和混发效应下，多致灾因子“关联性”的定量化及其危险性综合分析仍相对薄弱。

沿海城市往往受到多重洪涝风险，洪涝灾害通常由于多个致灾因子影响，因此，在评估方法上，需要综合考虑多源洪涝(多边界条件)同时作用在沿海城市下垫面的情景，并且目前的洪涝数值模式在模拟复杂下垫面环境下的致灾过程中的精度还需进一步提高，可以结合遥感和GIS空间分析手段进一步加以完善。目前的技术主要有以下问题：

现有方法多模拟沿海城市单一洪涝致灾因子造成的危害，并没有综合考虑多致灾因子导致的洪涝情景对沿海城市的影响。

目前的洪涝数值模式在模拟复杂下垫面环境下的致灾过程中的精度和模拟速度还需进一步提高。

基于GIS规则网格(rastergrid)耦合运算方法没有很好应用。

上个世纪90年代以来，随着高精度数字地形高程数据(DEM)的逐渐普及，使得基于GIS栅格运算的洪涝模拟技术成为可能。区别于传统的洪水水动力数值模拟中需预先采用非结构网格(如三角网格)构建地形，基于GIS的栅格运算方法可以直接利用(无需构建)现有的精细化数字高程模型(如LiDAR DEM)计算浅水波非恒定流在GIS规则网格(rastergrid)之间的传导过程，具有操作简便、计算高效、模拟精确等优势，尤其适用于地形较为复杂的城市地区的洪涝数值模拟。此外，沿海城市地区受来自降雨、河流和海洋的多源洪涝威胁，传统的洪水水动力数值模拟技术无法同时实现暴雨内涝、河流洪水和海洋风暴洪水“多碰头”情景模拟，而基于GIS栅格运算的洪涝模拟方法可以胜任多源洪涝(多边界条件)在沿海城市下垫面的同时集成模拟工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于GIS栅格运算的沿海城市多源洪涝数值模拟方法，以解决的技术问题主要有两方面：

(1)如何综合考虑多致灾因子导致的洪涝情景对沿海城市的影响，即多源洪涝(多边界条件)下城市多源洪涝过程数值集成模拟计算方法；

(2)洪水波非恒定流在GIS规则网格(raster grid)之间传导过程的模拟计算。实现本发明目的的具体技术方案是：

一种基于GIS栅格运算的沿海城市多源洪涝数值模拟方法，该方法设有参数设置模块、地表数据输入模块、水文多边界条件输入模块、洪涝数值即时模拟模块和可视化输出模块；包括以下具体步骤：

步骤1：在参数设置模块中设置模拟基本参数；

步骤2：在地表数据输入模块中输入研究区域基本地理信息包括地形数据，河流位置数据，土地类型，土壤类型以及管网数据；