基于地理过程建模的暴雨内涝影响分析.pdf

第 1 期 2 01 6年 2月 矿 山 测 量 MI NE SURVEYI NG NO 1 F e b 2 0l6 d o i： 1 0 3 9 6 9 j is s n 1 0 0 13 5 8 X 2 01 6 O 1 0 2 9 基 于地理过程建模 的暴雨 内涝影响分析 术 付晓 ， 周 爱华 ， 黄 建 毅 ( 北京 联合 大 学应 用文理 学 院 ， 北 京 1 0 0 1 9 1 ) 摘 要 ： 利 用 A r c G I S的模 型构 建 器 ( G e o p r o c e s s in g ) 建 立城 市暴 雨 内涝影 响 分 析 模 型 ； 结合 暴 雨 积 水 点 、 主要道 路 网、 地铁 站点 、 办公楼 布 点等 空 间信 息进行 网络分 析 、 叠加 分析及 缓 冲 区分析 ； 探 究暴 雨 积水的影响范围与影响强度 。结果表明： 地理过程建模 方法与传统分析方法相比， 过程更加灵活； 数 据、 工具通过图形方式表示， 有利于共享与发布 ， 适应大数据时代信息协 同管理的需要 。通过地理过 程建模方法进行集成空间分析可以为城市规划与应急管理提供决策帮助。 关键词 ：北京；暴雨内涝积水 ； 地理处理；空间分析 中图分类号 ： X 3 7 文献标识码 ： B 文章编号 ： 1 0 0 1 3 5 8 X( 2 0 1 5 ) 0 60 0 9 9 0 3 暴雨是 中国主要气象灾害之一 ， 长时间的暴雨 容易产生积水或径流淹没低洼地段 ， 造成洪涝灾害。 暴雨灾害在城市主要表现为城市内涝 ， 具有突发性 ， 短时强度大等特点， 2 0 1 2年 7月 2 1日， 北京地 区遭 遇暴雨侵袭 ， 全市平均降雨量 1 7 0 m m， 为 1 9 5 1年 以 来最大。此次降雨过程导致城市交通瘫痪 ， 全市主 要积水道路 6 3处 ， 积水 3 0 c m以上路段 3 O处 ； 路面 塌方 3 l 处 ； 5条运行地铁线路的 l2个站 口因漏雨或 者 进水 临时封 闭 ， 五环 以内城 区 6人 因灾 死亡 。 为避免暴雨灾害 中的人员伤亡 ， 需要对暴雨积 水点进行实时预警 ， 结合积水点的地理位置及人 流 信息 ， 分析其影响范围及影响强度 ， 本研究利用 A r c G I S的模型构建工具建立暴雨积水影响分析模型 ， 将 分析过程系统化 、 集成化 ， 对城市防灾减灾及应急预 警具有一定 的指导意义。 1 研 究数 据与 研究 方法 i 1 研 究 区域及 研 究数 据 图 1 研究 区域及积水点分布 十基金项 目： 1 、 北京市哲学社会科学规划项 目( 1 3 Z H C 0 1 7 ) ； 2 、 北京联合大学新起点项 目( Z K 1 0 2 0 1 3 0 2 ) o 99 第 1期 矿 山 测 量 以五环 内的北京城区为研究 区域 ， 研究数据包括 ： 北 京城区图， 主要道路 网线， 办公楼布点 ， 地铁 站点 ， 积 水点等。其中北京城 区图， 主要道路网线及地铁站 点主要来 自于 A r c G I S提供 的在线地图服务 ， 办公楼 布点来 自高德 P O I 开源数据 ， 积水点数据来 自于搜 狗地 图， 研究区域及各水点分布见图 1 。 1 2 地 理过 程 建模 地理过程 ( G e o p r o c e s s in g ， G P ) 的基本 目的是提 处理工具更是 G I S的重要功能之一 ， 实质是地理数 据的处理， 即通常意义上讲的空间分析和建模 。其 应用十分广泛， 从数据集的前期准备( 如从大数据集 中提 取小 数据 集、 转换 数据 格式 和定 义转换 投 影 等 ) ， 到对数据进行分析 ， 为空间问题 找到适合 的答 案等 ， 都可运用 G e o P r o c e s s in g 工具完成。 2 模 型构 建及 积水 影响 分析 供用于执行分析和管理地理数据的工具和框架。典 2 1 地理分析模型构建 型的地理过程工具会针对某一 A r c G I S数据集 ( 如要 基于以上的流程图， 进行 建模 ， 共建立了 7个模 素类 、 栅格或表 ) 执行操作 ， 并最终生成一个新 的数 型 ， 分别是 ： 积水点影响范围； 办公楼空间连接 ； 地铁 据集 。每个地理过程工具都会对地理数据执行一项 空间连接 ； 地铁站赋值 ； 办公楼赋值 ； 办公楼与地铁 非常重要的小操作 。G e o P r o c e s s in g作为地理信息 的 相交 ； 总影响强度。模型流程 图见图 2 。 卜 曰 人 ( 刚 ) 形 区 H薷 H 多部分至单部分 单部 分 服务区 办公楼数据 ； 厂 三 面 ， 地 铁 站 数 办 响 ) 赋 值 ， 办 公 楼 分 析 、 一 ， 区域 计算字段 相交 J 【 _ _ ， 地 铁 站 影 响 地 析 、) 区 域 、 r 一一 总分析 区域 积水点 空间连接 图 2 G P模型流程 图 2 2暴 雨积 水影 响分析 2 2 1 影 响范 围确 定 结合道路 网线及积水点分 布可 知 ， 绝大部 分的 积水点处于桥下。这一类地区处于城市道路 的低洼 地段 ， 而低洼地段往往处于排水 的最低端 ， 路面下雨 水管道难 以 自排 ， 一般安设泵站进行 抽排。随着 城 市化进程加快 ， 河道、 灌 网的治理明显跟不上道路建 1 0 0 地铁站办公楼 影响总值 设的节奏， 北京城 区道路排水设施标 准较低 ， 导致道 路积水 。以莲花桥为例 ， 雨水人泵站流量低 于泵站 设计流量 ， 同时雨篦子 的数量 无法 承担 收纳暴 雨的 能力 ， 造成桥下积水。在各个积水点处沿道 路延伸 方 向建立长为 1 0 0 0 m、 宽度为 1 0 0 m 的条带状服务 区， 得出积水点对道路网络的影响范围， 积水点较多 的地方 ， 网络影响越密集 ， 波及 的影响范 围越大。 第 1 期 付 晓等 ： 基 于地理过程 建模 的暴雨 内涝影响分析 2 0 1 6年 2月 2 2 2 影 响强 度分 析 本次暴雨主要集 中在傍 晚至夜 间， 此时北京正 处于晚高峰时段， 对人们的出行有极大 的影 响。对 已有办公楼和地铁站点数据进行影 响赋值 ， 分析其 影 响强度 。在 积 水 点 相对 密 集 的地 区 ， 在 同 一 范 围 有更 多的办公楼和地铁站 ， 所 以影响强度 更大 ， 反 之 ， 积水点相对分散 的地区 ， 影响强度更小 ， 暴雨 积 水影响强度大的地方主要集 中在城市的东北角和西 三环 附近 。 3结 论与讨 论 3 1 GP模 型 优 点 在地 理处 理 模 型 中 ， 通 过 将 分 析 工 具 和 数 据 以 流程形式按一定顺序 串联在一起 ， 已达到将多个小 问题综合起来 ， 自动执行 和解 决一些 复杂 的问题。 模型中可使用任何系统工具或 自定义工具 ， 当然 ， 也 可以写入已经建立好的模型 ， 从 而可 以循环使用 ， 方 便以后的使用 。在创建模 型的过程 中， 可以对单 个 工具 中嵌人该工具的模型参数 ， 该工具创建方便 ， 并 在一定程度上提高了效率。在暴雨积水点模 型中， 通过构建 G P模型 ， 可以较为迅速的确定暴雨影响范 围和强度 ， 根据实际需要更改参数 ， 为今后 的突发情 况做出快速的判断， 减少损失 。 3 2 通过 地理分析 ， 暴雨影 响 强度 存在 空 间分异 性 在北京 城 向外 围扩 张 的 同 时 ， 城 市 位 置 向西 北 移动 。轨道 交 通 在城 市 北 部 发 展 比较 好 ， 地 铁 站 点 相对密集。所以， 北部一旦出现积水 ， 则范 围影响明 显 大 于南部 ， 且 在 道 路 密 度 相 对集 中地 区影 响 范 围 比较大， 在一条道路上出现多个积水点 的情况也 比 较普遍 ， 这种情况下 ， 也会增加影响强度。有关部 门 应该根据暴雨影响强度和范 围的影响加强预警 ， 针 对影响强度大和影响范围广的地区提前施行交通管 制 ， 避开暴雨影响强度大的地区。 3 3 讨论 本文在 a r c g is 软件的基 础上详细研 究了积水点 的影响 范围 和影响强 度 。虽然 暴 雨积 水 点 的影 响 范 围与影响强度结果 已有 了初步结果 ， 但其过程只针 对地铁站和办公楼两个要素进行 了分析 ， 结果显然 不够精确。在此基础上， 可以根据不同需求 ， 在相应 的要素上建立模型或更改模型参数。如增加地形要 素 ， 确定低洼处， 可得出地形对积水点 的影 响； 增加 道路宽度 ， 按道路宽度等级分类 ， 可得 出暴雨对出行 道路选择的影响。本研究针对暴雨影 响建立 了初步 分析模型 ， 基于此模型可 以建立更加完善 ， 更加全面 的模型并进行分析 ， 完善城市安全预警机制 ， 进一步 合理规划城市 ， 提高 城市 防灾减灾 的能力 ， 同时， 为 居 民合理化 出行提 出建议 ， 将 对我 们的生活产生很 大帮助 ， 在以后的突发情况 下， 能够应变 ， 避免损失 。 研究和解决这个问题 ， 对今后 的城 市化建设有着 重 要 的意 义 。 参考文献 ： 1 新华 网 北京 市 召 开“ 7 2 1 ” 强 降雨新 闻发 布 会 E B O L 2 0 1 2 0 7 2 2 2 搜狗 网 北京 暴雨积 水 点 h t t p ： m a p s o g o u c o m s p e c ia l j is h u i 3 董乾 坤基 于 G I S的纸坊 沟流域 土地利 用 时空格局研 究 J 矿 山测量， 2 0 1 5 8： 5 9 6 4 4 朱名安 ， 李颖 城 市积水原 因分析及防 治对 策探 讨 J 城 市道 桥 与 防 洪 ， 2 01 1 4： 1 22 0 5 徐建 华，岳 文泽，谈 文琦 城 市景观格 局尺度 效 应的 空间统计规律 ：以上海 中心 城 区为例 J 地理 学报 ， 2 0 0 4， 5 9 ( 6 ) ： 1 0 5 81 0 6 7 6 宋永 昌，由文辉 ， 王祥 荣城 市生 态学 M 上海 ：华 东师 范大学出社 ， 2 0 0 0 7 陈沈斌 ，潘莉卿城 市化 对 北京平 均气温 的影响 J 地理学报 ，1 9 9 7 ， 5 2 ( 1 ) ： 2 7 3 6 ， 8 冯丽丽 基 于 A r c G I S的渭 河下游洪水 淹没 面积的计 算 J 干旱区地理 ， 2 0 0 7 1 1 ： 9 2 1 9 2 5 9 郭利华 ， 龙毅 基 于 D E M 的 洪水淹没分析 J 测绘 通 报 ， 2 0 0 2 ，l1 ( 2 ) ： 2 5 3 0 1 0 何 宗宜，韩用顺 基 于 G I S技 术的洪 水淹没计 算分析 系统 J 地理空间信息 ， 2 0 0 3 ，1 ( 3 ) ： 5 一l7 1 1 徐建华现代地理 学