GIS技術(shù)在洪水風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用教學(xué)教材

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。GIS技術(shù)在洪水風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用-GIS技術(shù)在洪水風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用日期：2009-06-28來源：資源網(wǎng)作者：字體：大中小一、洪水風(fēng)險(xiǎn)及風(fēng)險(xiǎn)管理的含義洪水是指江河水量迅猛增加及水位急劇上漲的自然現(xiàn)象。洪水的形成往往受氣候、下墊面等自然因素和人為因素的影響，在其發(fā)生、發(fā)展和演變過程中包含著必然性的一面，也包含著隨機(jī)性的一面，人們很難精確地預(yù)知其發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)和大小。所以，在水文學(xué)上通常采用洪水頻率描述洪水本身風(fēng)險(xiǎn)的大小。除此之外，洪水風(fēng)險(xiǎn)的大小還與人們抵御洪水的能力以及承受洪水的區(qū)域內(nèi)的

2、資產(chǎn)水平有關(guān)。我們知道，如果洪水發(fā)生在沒有人煙的地區(qū)，也就無所謂洪水災(zāi)害。所以，只有當(dāng)洪水威脅到人類的安全和影響到人類的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)并造成損失時(shí)，才稱之為洪水災(zāi)害。長期以來，為了防御洪水，人們修建了大量的堤防、大壩等防洪工程，具有了防御洪水災(zāi)害的一定能力。然而，在人類修建大量防洪工程大規(guī)模改造自然的過程中，人們逐步意識(shí)到人與自然的矛盾在逐步加深。通過大規(guī)模的水利工程建設(shè)，人們普遍地增加了安全感，在河岸兩側(cè)開始大規(guī)模地建設(shè)，城市不斷擴(kuò)大，人口不斷集中。然而，當(dāng)下一次洪水泛濫發(fā)生時(shí)，人們發(fā)現(xiàn)洪水所造成的損失比以前有增無減，于是人們又要求提高江河的防洪標(biāo)準(zhǔn)。如此下去，便形成了防洪工程投入不斷加大，而

3、洪災(zāi)損失也不斷增長的局面。而且人類發(fā)現(xiàn)了生存環(huán)境日益惡化，河流生態(tài)系統(tǒng)被破壞等諸多問題。在反思這些問題時(shí)，人類意識(shí)到洪水是一種自然現(xiàn)象，以現(xiàn)有技術(shù)企圖控制和消除洪水災(zāi)害是不可能的，認(rèn)識(shí)到洪水的風(fēng)險(xiǎn)是不可消除的而只能在一定程度上減輕或回避。因此，從發(fā)展的觀點(diǎn)來看，人們?cè)谂c洪水斗爭的過程中，既要適當(dāng)控制洪水改造自然，又要適應(yīng)洪水與自然共存，將洪水災(zāi)害損失降低到不影響人類的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程，以最低的成本實(shí)現(xiàn)最大安全保障這樣一個(gè)防洪減災(zāi)的總體目標(biāo)。洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的概念便是在這樣的基礎(chǔ)上提出的。洪水災(zāi)害的嚴(yán)重性和頻發(fā)性決定了洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理的復(fù)雜性。洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理可以說是一個(gè)系統(tǒng)工程，是指人們對(duì)可能遇

4、到的洪水風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、估計(jì)和評(píng)價(jià)，并在此基礎(chǔ)上綜合利用法律、行政、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)、教育與工程手段，合理調(diào)整人與自然之間的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)人類的最大安全保障和可持續(xù)發(fā)展的雙重目標(biāo)。從發(fā)展的觀點(diǎn)來看，洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理是指人們?cè)谂c洪水斗爭的過程中，既要適當(dāng)控制洪水改造自然，又要適應(yīng)洪水與自然共存，利用各種工程措施和非工程措施，將洪水災(zāi)害損失降低到不影響人類的可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程，以最低的成本實(shí)現(xiàn)最大安全保障這樣一個(gè)防洪減災(zāi)的總體目標(biāo)。洪水災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)貫穿洪水災(zāi)害發(fā)生發(fā)展的全過程，包括災(zāi)害發(fā)生前的日常風(fēng)險(xiǎn)管理，災(zāi)害發(fā)生過程中的應(yīng)急風(fēng)險(xiǎn)管理和災(zāi)害發(fā)生后的恢復(fù)和重建過程中的風(fēng)險(xiǎn)管理。風(fēng)險(xiǎn)管理過程是不斷循環(huán)和完善的過程

5、，主要包括建立風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)、風(fēng)險(xiǎn)分析、風(fēng)險(xiǎn)決策、風(fēng)險(xiǎn)處理等幾個(gè)基本步驟。（1）洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)：根據(jù)洪水特征、工程質(zhì)量、防洪保護(hù)區(qū)的人口、財(cái)產(chǎn)狀況和承受能力，對(duì)防洪投入風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)估，確定對(duì)各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素可以接受的標(biāo)準(zhǔn)，使風(fēng)險(xiǎn)管理成本最小，以此作為風(fēng)險(xiǎn)的管理目標(biāo)。（2）洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別：在確定的風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)條件下，對(duì)仍然存在較大風(fēng)險(xiǎn)的因素進(jìn)行判別，根據(jù)可能產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的大小進(jìn)行排序，確定重點(diǎn)管理目標(biāo)。（3）洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)：計(jì)算或估算重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)因素可能造成的洪水危險(xiǎn)性的大小，如是否可能造成工程破壞，工程破壞后可能形成的淹沒范圍、淹沒水深等。（4）洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)：具體計(jì)算洪水造成的社會(huì)、環(huán)境、生

6、態(tài)、經(jīng)濟(jì)等方面的損失。（5）洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理方案：選擇可行的對(duì)策，應(yīng)對(duì)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，使洪水災(zāi)害在總體上損失最小。包括：自留風(fēng)險(xiǎn)，由本地區(qū)承擔(dān)洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)；降低風(fēng)險(xiǎn)，采取應(yīng)急措施，減少或消除一些風(fēng)險(xiǎn)因素，使總體風(fēng)險(xiǎn)降低；回避風(fēng)險(xiǎn)，將人口和資產(chǎn)由高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域向低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)和安全區(qū)疏散轉(zhuǎn)移；轉(zhuǎn)移風(fēng)險(xiǎn)，如洪水災(zāi)害可能威脅到重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域時(shí)，主動(dòng)將災(zāi)害轉(zhuǎn)移到其他非重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，使總體災(zāi)害損失減少；分擔(dān)風(fēng)險(xiǎn)，采取保險(xiǎn)或補(bǔ)償?shù)确绞剑筛蠓秶謸?dān)局部受災(zāi)區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)。管理方案可以是上述方案中的一種或多種的組合。（6）洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理決策：對(duì)各種洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理方案可能產(chǎn)生的后果進(jìn)行分析和比較，選擇最優(yōu)方案。（7）洪水

7、災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理計(jì)劃：風(fēng)險(xiǎn)管理方案確定后，要編制行動(dòng)計(jì)劃，如動(dòng)員、發(fā)布警報(bào)、人口資產(chǎn)轉(zhuǎn)移、緊急搶險(xiǎn)和救護(hù)、破堤分洪等。務(wù)求在方案實(shí)施過程中生命和財(cái)產(chǎn)損失最小。（8）洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理效果評(píng)價(jià)：對(duì)計(jì)劃實(shí)施后的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、環(huán)境效果進(jìn)行評(píng)價(jià)或預(yù)評(píng)估。二、GIS與組件式GIS地理信息系統(tǒng)根據(jù)其內(nèi)容可分為兩大基本類型：一是應(yīng)用型地理信息系統(tǒng)，是以某一專業(yè)、領(lǐng)域或工作為主要內(nèi)容，包括專題地理信息系統(tǒng)和區(qū)域綜合地理信息系統(tǒng)；二是工具型地理信息系統(tǒng)，也就是GIS工具軟件包，如ARC/INFO等，具有空間數(shù)據(jù)輸入、存儲(chǔ)、處理、分析和輸出等GIS基本功能。應(yīng)用型GIS主要有三種開發(fā)方式：（1）獨(dú)立開發(fā)：指不依賴于

8、任何GIS工具軟件，從空間數(shù)據(jù)的采集、編輯到數(shù)據(jù)的處理分析及結(jié)果輸出，所有的算法都由開發(fā)者獨(dú)立設(shè)計(jì)，然后選用某種程序設(shè)計(jì)語言，如VisualC、Delphi等，在一定的操作系統(tǒng)平臺(tái)上編程實(shí)現(xiàn)。這種方式的好處在于無須依賴任何商業(yè)GIS工具軟件，獨(dú)立性強(qiáng)，但是，能力、時(shí)間、財(cái)力方面的限制使其開發(fā)出來的產(chǎn)品很難在功能上與商業(yè)化GIS工具軟件相比，而且在購買GIS工具軟件上省下的錢可能還抵不上開發(fā)者在開發(fā)過程中絞盡腦汁所花的代價(jià)。（2）單純二次開發(fā)：指完全借助于GIS工具軟件提供的開發(fā)語言進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。GIS工具軟件大多提供了可供用戶進(jìn)行二次開發(fā)的宏語言，如ESRI的ArcView提供了Avenu

9、e語言，MapInfo公司研制的MapInfoProfessional提供了MapBasic語言等等。用戶可以利用這些宏語言，以原GIS工具軟件為開發(fā)平臺(tái)，開發(fā)出自己的針對(duì)不同應(yīng)用對(duì)象的應(yīng)用程序。這種方式省時(shí)省心，但進(jìn)行二次開發(fā)的宏語言，作為編程語言只能算是二流的，功能極弱，用它們來開發(fā)應(yīng)用程序往往不盡如人意。（3）集成二次開發(fā)：集成二次開發(fā)是指利用專業(yè)的GIS工具軟件，如ArcView、MapInfo等，實(shí)現(xiàn)GIS的基本功能，以通用軟件開發(fā)工具尤其是可視化開發(fā)工具，如Delphi、VisualC、VisualBasic、PowerBuilder等為開發(fā)平臺(tái)，進(jìn)行二者的集成開發(fā)。集成二次開發(fā)目

10、前主要有兩種方式：OLE/DDE:采用OLEAutomation技術(shù)或利用DDE技術(shù)，用軟件開發(fā)工具開發(fā)前臺(tái)可執(zhí)行應(yīng)用程序，以O(shè)LE自動(dòng)化方式或DDE方式啟動(dòng)GIS工具軟件在后臺(tái)執(zhí)行，利用回調(diào)技術(shù)動(dòng)態(tài)獲取其返回信息，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序中的地理信息處理功能；GIS控件：利用GIS工具軟件生產(chǎn)廠家提供的建立在OCX技術(shù)基礎(chǔ)上的GIS功能控件，如ESRI的MapObjects、MapInfo公司的MapX等，在Delphi等編程工具編制的應(yīng)用程序中，直接將GIS功能嵌入其中，實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的各種功能。這種建立在OCX技術(shù)基礎(chǔ)上的GIS功能控件又被稱做組件式GIS。由于獨(dú)立開發(fā)難度太大，單純二次開發(fā)受GI

11、S工具提供的編程語言的限制差強(qiáng)人意，因此結(jié)合GIS工具軟件與當(dāng)今可視化開發(fā)語言的集成二次開發(fā)方式就成為GIS應(yīng)用開發(fā)的主流。它的優(yōu)點(diǎn)是既可以充分利用GIS工具軟件對(duì)空間數(shù)據(jù)庫的管理、分析功能，又可以利用其他可視化開發(fā)語言具有的高效、方便等編程優(yōu)點(diǎn)，集二者之所長，不僅能大大提高應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)效率，而且使用可視化軟件開發(fā)工具開發(fā)出來的應(yīng)用程序具有更好的外觀效果，更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫功能，而且可靠性好、易于移植、便于維護(hù)。尤其是使用OCX技術(shù)利用GIS功能組件進(jìn)行集成開發(fā)，更能表現(xiàn)出這些優(yōu)勢。組件式GIS的基本思想是把GIS的各大功能模塊劃分為幾個(gè)控件，每個(gè)控件完成不同的功能。各個(gè)GIS控件之間，以及GI

12、S控件與其他非GIS控件之間，可以方便地通過可視化的軟件開發(fā)工具集成起來，形成最終的GIS應(yīng)用。控件如同一堆各式各樣的積木，他們分別實(shí)現(xiàn)不同的功能（包括GIS和非GIS功能），根據(jù)需要把實(shí)現(xiàn)各種功能的積木搭建起來，就構(gòu)成應(yīng)用系統(tǒng)。把GIS的功能適當(dāng)抽象，以組件形式供開發(fā)者使用，將會(huì)帶來許多傳統(tǒng)GIS工具無法比擬的優(yōu)點(diǎn)。三、GIS技術(shù)在黃河下游山東段堤防潰決洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)開發(fā)中的應(yīng)用近年來，黃河斷流和水資源短缺成了人們關(guān)注的焦點(diǎn)，我們?cè)陉P(guān)注水資源的同時(shí)，不能忘掉黃河防洪仍是一項(xiàng)長期的艱巨任務(wù)。歷史上，黃河山東段曾多次泛濫，近年來河道淤積日益嚴(yán)重，1995年下游河床淤高16cm，而黃河大堤多年未

13、曾加高，兩岸的安全標(biāo)準(zhǔn)日益降低。加之下游河道容易發(fā)生冰塞，新中國成立以來已有兩次形成冰凌災(zāi)害，是屬于洪水災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)較大的區(qū)間。另外，黃河下游兩岸為我國經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，人口財(cái)產(chǎn)密集，鐵路、公路縱橫，堤防一旦潰決，后果將十分嚴(yán)重。因此就需要模擬黃河下游堤防潰決后的洪水風(fēng)險(xiǎn)，根據(jù)淹沒范圍內(nèi)人口及財(cái)產(chǎn)分布，估算洪水災(zāi)害損失，再根據(jù)對(duì)防洪投入及社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r的預(yù)測，為今后的防洪減災(zāi)提供決策支持。黃河下游山東段堤防潰決洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)是一個(gè)以GIS為核心技術(shù)，以數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，包含基礎(chǔ)信息管理、堤防潰決洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算、堤防潰決洪水風(fēng)險(xiǎn)圖、堤防潰決洪水風(fēng)險(xiǎn)查詢、堤防潰決洪水災(zāi)害損失評(píng)估、區(qū)域防洪減災(zāi)對(duì)策等模塊的，

14、為防洪減災(zāi)輔助決策和洪災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)管理服務(wù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)。GIS技術(shù)在以上各個(gè)模塊中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：3.1基礎(chǔ)信息管理將系統(tǒng)中涉及到的各種水文信息、工程信息、自然地理信息以及歷史信息以電子地圖的形式分層管理起來，并實(shí)現(xiàn)圖形導(dǎo)航、放大、縮小、漫游、標(biāo)注、圖層控制等功能。將各種基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫中的記錄與地圖對(duì)象的空間數(shù)據(jù)庫中的屬性信息相互匹配，可以準(zhǔn)確定位地圖對(duì)象；基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫中的記錄更新后，能夠快速反映到地圖對(duì)象上。實(shí)現(xiàn)了地圖對(duì)象空間位置信息與數(shù)據(jù)庫中的屬性信息的對(duì)應(yīng)。3.2洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算模型采用無結(jié)構(gòu)不規(guī)則網(wǎng)格的二維非恒定流水動(dòng)力學(xué)模型，在設(shè)計(jì)網(wǎng)格時(shí)，利用地圖工作空間添加、

15、編輯網(wǎng)格，既可以考慮地形地物以及阻水建筑物的影響，又可以充分利用GIS的制圖與圖形檢查糾錯(cuò)功能，提高工作效率。網(wǎng)格圖略。3.3洪水風(fēng)險(xiǎn)圖制作洪水風(fēng)險(xiǎn)圖是了解區(qū)域內(nèi)遭受洪水災(zāi)害的危險(xiǎn)性大小的一種直觀科學(xué)的地圖。它是依據(jù)流速、淹沒水深和淹沒歷時(shí)等參數(shù)，將灘地、分蓄洪區(qū)或受洪水影響范圍劃分為危險(xiǎn)區(qū)、重災(zāi)區(qū)、輕災(zāi)區(qū)、安全區(qū)等區(qū)域。依據(jù)不同的用途，洪水風(fēng)險(xiǎn)圖可以劃分為基本風(fēng)險(xiǎn)圖、專題風(fēng)險(xiǎn)圖和綜合風(fēng)險(xiǎn)圖。基本風(fēng)險(xiǎn)圖是將洪水基本要素（如淹沒范圍、水深、歷時(shí)、流速等）在行政區(qū)劃圖上表示。專題風(fēng)險(xiǎn)圖是依據(jù)不同的風(fēng)險(xiǎn)決策者制作的不同用途的風(fēng)險(xiǎn)圖，如保險(xiǎn)公司用的保險(xiǎn)專用風(fēng)險(xiǎn)圖；防洪決策者使用的專門風(fēng)險(xiǎn)圖；軍事部門針

16、對(duì)重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象的洪水風(fēng)險(xiǎn)圖；防洪避難使用的風(fēng)險(xiǎn)圖等。綜合風(fēng)險(xiǎn)圖是服務(wù)于防洪決策各項(xiàng)工作的一套風(fēng)險(xiǎn)圖。一般是利用GIS技術(shù)制作，包含洪水基本要素、災(zāi)害損失信息、防洪工程信息等的一套風(fēng)險(xiǎn)圖。該子系統(tǒng)是為了將堤防潰決洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算中選取的10個(gè)方案的結(jié)果制作成一套風(fēng)險(xiǎn)圖，主要包括基本行政區(qū)劃圖、潰堤位置、最大淹沒范圍圖、最大淹沒水深圖、淹沒歷時(shí)圖等。風(fēng)險(xiǎn)圖的制作首先是利用自己開發(fā)的專用轉(zhuǎn)換模型將數(shù)學(xué)模型中的網(wǎng)格文件轉(zhuǎn)換成MapInfoProfessional可以接受的交換格式MIF和MID，然后再利用MapInfoProfessional軟件，根據(jù)數(shù)學(xué)模型的計(jì)算結(jié)果（受淹范圍、淹沒水深、淹沒歷時(shí)、淹沒流速等），采用制作專題圖層的方法制作的。3.4洪水風(fēng)險(xiǎn)信息查詢?cè)撓到y(tǒng)包含三種方式查詢堤防潰決洪水風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算的結(jié)果。通過輸入經(jīng)緯度查詢關(guān)心點(diǎn)的基本信息和洪水風(fēng)險(xiǎn)信息；通過選擇縣區(qū)，查詢所選縣區(qū)的基本信息和洪水淹沒信息；通過選擇洪水計(jì)算模型中的網(wǎng)格號(hào)，查詢所選網(wǎng)格的基本信息和洪水風(fēng)險(xiǎn)信息。按經(jīng)緯度查詢時(shí)，系統(tǒng)首先從用戶輸入界面中