水利工程論文-GIS技術在洪水風險管理系統(tǒng)開發(fā)中的應用.doc

水利工程論文-GIS技術在洪水風險管理系統(tǒng)開發(fā)中的應用摘要：洞庭湖接納湘、資、沅、澧四水和長江的松滋河、虎渡河、藕池河三口，每年大量泥沙進入洞庭湖，其中約四分之一左右的泥沙由城陵磯注入長江，四分之三淤積在洞庭湖。由于泥沙淤積，造成四口洪道多呈淤積萎縮態(tài)勢，湖內洲灘滋長、蘆柳叢生、滯流阻水嚴重，而且湖泊萎縮使得水系紊亂，相互頂托干擾。關鍵詞：GIS技術洪水風險管理系統(tǒng)一、洪水風險及風險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，也包含著隨機性的一面，人們很難精確地預知其發(fā)生的時間、地點和大小。所以，在水文學上通常采用洪水頻率描述洪水本身風險的大小。除此之外，洪水風險的大小還與人們抵御洪水的能力以及承受洪水的區(qū)域內的資產(chǎn)水平有關。我們知道，如果洪水發(fā)生在沒有人煙的地區(qū)，也就無所謂洪水災害。所以，只有當洪水威脅到人類的安全和影響到人類的社會經(jīng)濟活動并造成損失時，才稱之為洪水災害。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，人們普遍地增加了安全感，在河岸兩側開始大規(guī)模地建設，城市不斷擴大，人口不斷集中。然而，當下一次洪水泛濫發(fā)生時，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準。如此下去，便形成了防洪工程投入不斷加大，而洪災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，人類意識到洪水是一種自然現(xiàn)象，以現(xiàn)有技術企圖控制和消除洪水災害是不可能的，認識到洪水的風險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)展的觀點來看，人們在與洪水斗爭的過程中，既要適當控制洪水改造自然，又要適應洪水與自然共存，將洪水災害損失降低到不影響人類的可持續(xù)發(fā)展進程，以最低的成本實現(xiàn)最大安全保障這樣一個防洪減災的總體目標。洪水災害風險管理的概念便是在這樣的基礎上提出的。洪水災害的嚴重性和頻發(fā)性決定了洪水災害風險管理的復雜性。洪水災害風險管理可以說是一個系統(tǒng)工程，是指人們對可能遇到的洪水風險進行識別、估計和評價，并在此基礎上綜合利用法律、行政、經(jīng)濟、技術、教育與工程手段，合理調整人與自然之間的關系，實現(xiàn)人類的最大安全保障和可持續(xù)發(fā)展的雙重目標。從發(fā)展的觀點來看，洪水災害風險管理是指人們在與洪水斗爭的過程中，既要適當控制洪水改造自然，又要適應洪水與自然共存，利用各種工程措施和非工程措施，將洪水災害損失降低到不影響人類的可持續(xù)發(fā)展進程，以最低的成本實現(xiàn)最大安全保障這樣一個防洪減災的總體目標。洪水災害的風險管理應貫穿洪水災害發(fā)生發(fā)展的全過程，包括災害發(fā)生前的日常風險管理，災害發(fā)生過程中的應急風險管理和災害發(fā)生后的恢復和重建過程中的風險管理。風險管理過程是不斷循環(huán)和完善的過程，主要包括建立風險管理目標、風險分析、風險決策、風險處理等幾個基本步驟。（1）洪水災害風險管理目標：根據(jù)洪水特征、工程質量、防洪保護區(qū)的人口、財產(chǎn)狀況和承受能力，對防洪投入風險因素進行評估，確定對各項風險因素可以接受的標準，使風險管理成本最小，以此作為風險的管理目標。（2）洪水災害風險識別：在確定的風險管理目標條件下，對仍然存在較大風險的因素進行判別，根據(jù)可能產(chǎn)生風險的大小進行排序，確定重點管理目標。（3）洪水災害風險估計：計算或估算重點風險因素可能造成的洪水危險性的大小，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）洪水災害風險評價：具體計算洪水造成的社會、環(huán)境、生態(tài)、經(jīng)濟等方面的損失。（5）洪水災害風險管理方案：選擇可行的對策，應對洪水災害風險，使洪水災害在總體上損失最小。包括：自留風險，由本地區(qū)承擔洪水災害風險；降低風險，采取應急措施，減少或消除一些風險因素，使總體風險降低；回避風險，將人口和資產(chǎn)由高風險區(qū)域向低風險區(qū)和安全區(qū)疏散轉移；轉移風險，如洪水災害可能威脅到重點保護區(qū)域時，主動將災害轉移到其他非重點保護區(qū)域，使總體災害損失減少；分擔風險，采取保險或補償?shù)确绞?，由更大范圍分擔局部受災區(qū)域的風險。管理方案可以是上述方案中的一種或多種的組合。（6）洪水災害風險管理決策：對各種洪水災害風險管理方案可能產(chǎn)生的后果進行分析和比較，選擇最優(yōu)方案。（7）洪水災害風險管理計劃：風險管理方案確定后，要編制行動計劃，如動員、發(fā)布警報、人口資產(chǎn)轉移、緊急搶險和救護、破堤分洪等。務求在方案實施過程中生命和財產(chǎn)損失最小。（8）洪水災害風險管理效果評價：對計劃實施后的社會、經(jīng)濟、生態(tài)、環(huán)境效果進行評價或預評估。二、GIS與組件式GIS地理信息系統(tǒng)根據(jù)其內容可分為兩大基本類型：一是應用型地理信息系統(tǒng)，是以某一專業(yè)、領域或工作為主要內容，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、處理、分析和輸出等GIS基本功能。應用型GIS主要有三種開發(fā)方式：（1）獨立開發(fā)：指不依賴于任何GIS工具軟件，從空間數(shù)據(jù)的采集、編輯到數(shù)據(jù)的處理分析及結果輸出，所有的算法都由開發(fā)者獨立設計，然后選用某種程序設計語言，如VisualC+、Delphi等，在一定的操作系統(tǒng)平臺上編程實現(xiàn)。這種方式的好處在于無須依賴任何商業(yè)GIS工具軟件，獨立性強，但是，能力、時間、財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。（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)語言進行應用系統(tǒng)開發(fā)。GIS工具軟件大多提供了可供用戶進行二次開發(fā)的宏語言，如ESRI的ArcView提供了Avenue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，開發(fā)出自己的針對不同應用對象的應用程序。這種方式省時省心，但進行二次開發(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，進行二者的集成開發(fā)。集成二次開發(fā)目前主要有兩種方式：OLE/DDE:采用OLEAutomation技術或利用DDE技術，用軟件開發(fā)工具開發(fā)前臺可執(zhí)行應用程序，以OLE自動化方式或DDE方式啟動GIS工具軟件在后臺執(zhí)行，利用回調技術動態(tài)獲取其返回信息，實現(xiàn)應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技術基礎上的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用程序中，直接將GIS功能嵌入其中，實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的各種功能。這種建立在OCX技術基礎上的GIS功能控件又被稱做組件式GIS。由于獨立開發(fā)難度太大，單純二次開發(fā)受GIS工具提供的編程語言的限制差強人意，因此結合GIS工具軟件與當今可視化開發(fā)語言的集成二次開發(fā)方式就成為GIS應用開發(fā)的主流。它的優(yōu)點是既可以充分利用GIS工具軟件對空間數(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，集二者之所長，不僅能大大提高應用系統(tǒng)的開發(fā)效率，而且使用可視化軟件開發(fā)工具開發(fā)出來的應用程序具有更好的外觀效果，更強大的數(shù)據(jù)庫功能，而且可靠性好、易于移植、便于維護。尤其是使用OCX技術利用GIS功能組件進行集成開發(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控件，每個控件完成不同的功能。各個GIS控件之間，以及GIS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應用?？丶缤欢迅魇礁鳂拥姆e木，他們分別實現(xiàn)不同的功能（包括GIS和非GIS功能），根據(jù)需要把實現(xiàn)各種功能的積木搭建起來，就構成應用系統(tǒng)。把GIS的功能適當抽象，以組件形式供開發(fā)者使用，將會帶來許多傳統(tǒng)GIS工具無法比擬的優(yōu)點。三、GIS技術在黃河下游山東段堤防潰決洪災風險管理系統(tǒng)開發(fā)中的應用近年來，黃河斷流和水資源短缺成了人們關注的焦點，我們在關注水資源的同時，不能忘掉黃河防洪仍是一項長期的艱巨任務。歷史上，黃河山東段曾多次泛濫，近年來河道淤積日益嚴重，1995年下游河床淤高16cm，而黃河大堤多年未曾加高，兩岸的安全標準日益降低。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害，是屬于洪水災害風險較大的區(qū)間。另外，黃河下游兩岸為我國經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)，人口財產(chǎn)密集，鐵路、公路縱橫，堤防一旦潰決，后果將十分嚴重。因此就需要模擬黃河下游堤防潰決后的洪水風險，根據(jù)淹沒范圍內人口及財產(chǎn)分布，估算洪水災害損失，再根據(jù)對防洪投入及社會經(jīng)濟發(fā)展狀況的預測，為今后的防洪減災提供決策支持。黃河下游山東段堤防潰決洪災風險管理系統(tǒng)是一個以GIS為核心技術，以數(shù)據(jù)庫為基礎，包含基礎信息管理、堤防潰決洪水風險計算、堤防潰決洪水風險圖、堤防潰決洪水風險查詢、堤防潰決洪水災害損失評估、區(qū)域防洪減災對策等模塊的，為防洪減災輔助決策和洪災風險管理服務的計算機系統(tǒng)。系統(tǒng)的邏輯結構。GIS技術在