ArcGis三維模擬技術(shù)在雨水系統(tǒng)分區(qū)中的應(yīng)用

安延濤 侯頔

一、概述

近年雨季，全國(guó)各大城市迎來(lái)了大范圍強(qiáng)降雨。2014年3月末我國(guó)江南、華南地區(qū)出現(xiàn)暴雨及強(qiáng)對(duì)流天氣，造成福建等7省份36市(自治州)87個(gè)縣(區(qū)、市)上百萬(wàn)人受災(zāi)，數(shù)十人死亡。強(qiáng)降雨造成深圳、惠州、廈門(mén)等多座城市內(nèi)澇積水嚴(yán)重災(zāi)害。

2017年夏，強(qiáng)降雨導(dǎo)致江西、河南、湖北、湖南、廣西、重慶、貴州等地遭受洪澇、風(fēng)雹、泥石流災(zāi)害。近百萬(wàn)人受災(zāi)，經(jīng)濟(jì)損失數(shù)十億?？梢?jiàn)排水系統(tǒng)的建設(shè)亟待加強(qiáng)。

為推進(jìn)城市排水系統(tǒng)建設(shè)，國(guó)務(wù)院辦公廳在2013年發(fā)布的《關(guān)于做好城市排水防澇設(shè)施建設(shè)工作的通知》中已提出，力爭(zhēng)用5年時(shí)間完成排水管網(wǎng)的雨污分流改造，用10年左右的時(shí)間建成較為完善的城市排水防澇工程體系，明確排水出路與分區(qū)，科學(xué)布局排水管網(wǎng)。

城市雨水排放系統(tǒng)，是城市最基本的市政基礎(chǔ)設(shè)施，完善、良好的雨水排放系統(tǒng)，是保證城市良性運(yùn)行的基礎(chǔ)。排水工程的特點(diǎn)，使排水系統(tǒng)規(guī)劃、建設(shè)受地形、地貌、排放出路等多種因素限制，需要?jiǎng)澐譃槿舾膳潘謪^(qū)。排水分區(qū)劃分的合理與否，直接關(guān)系到雨水排放能否高效的運(yùn)行，發(fā)揮雨水排放作用，保證城市生產(chǎn)和生活的正常秩序。

ArcGis平臺(tái)具有強(qiáng)大的地圖制作、空間數(shù)據(jù)管理、空間分析、空間信息整合、發(fā)布與共享的能力，提供高級(jí)的地理分析和處理能力、提供強(qiáng)大的編輯工具。目前，在地理學(xué)、地圖學(xué)、數(shù)學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)、遙感技術(shù)、信息技術(shù)以及攝影測(cè)量學(xué)等眾多學(xué)科擁有廣泛的應(yīng)用。本文利用其強(qiáng)大的空間三維數(shù)據(jù)分析能力，及可視化功能，對(duì)雨水系統(tǒng)分區(qū)進(jìn)行劃分。

二、排水分區(qū)劃分原則

依據(jù)《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》，雨水的排水分區(qū)應(yīng)根據(jù)城市水脈格局、地勢(shì)、用地布局，結(jié)合道路交通、豎向規(guī)劃及城市雨水受納水體位置，遵循高水高排、低水低排的原則確定，宜與河流、湖泊、溝塘、洼地等天然流域分區(qū)相一致。

為減輕對(duì)各流域自然水文條件的影響，降低工程造價(jià)，規(guī)劃雨水分區(qū)宜與天然流域匯水分區(qū)保持一致。

三、ArcGis在排水系統(tǒng)分區(qū)中的應(yīng)用

本文以沈陽(yáng)市某區(qū)域排水規(guī)劃為例，參考張書(shū)亮等人的方法，使用ArcGis軟件，利用三維分析模塊和水文分析模塊分析城市流域地表特征，并生成流域匯水線，實(shí)現(xiàn)排水分區(qū)的劃分。

1. 區(qū)域概況

該區(qū)域位于沈陽(yáng)市東北部，面積約43平方公里，地勢(shì)東北高西南低，地勢(shì)高差較大，最大高差達(dá)60米左右。

沈陽(yáng)位于北溫帶亞洲季風(fēng)氣候區(qū)的北緣，屬受季風(fēng)影響的溫帶半濕潤(rùn)氣候。氣候主要特征：冬寒時(shí)間較長(zhǎng)少雪，夏季時(shí)間較短多雨，春秋兩季氣溫變化迅速，春季多風(fēng)，秋季晴朗。最高氣溫年平均為13.7℃，最低氣溫年平均為2.6℃，全年平均溫度為7.9℃。平均降雨量為734.5毫米。

該區(qū)域?yàn)榱饔蛏嫌?，相?duì)獨(dú)立，無(wú)上游匯流區(qū)域雨水流入。

2.ArcGis三維數(shù)據(jù)分析

首先利用1：1000電子地形圖生成地表模型，得到DEM數(shù)據(jù)，并進(jìn)行洼地填充。該過(guò)程可通過(guò)ArcScene直觀查看區(qū)域三維地表模型。所得地表三維模型見(jiàn)圖1。

圖1 地表三維模型圖

經(jīng)過(guò)流向分析，計(jì)算流水積累量，對(duì)流水積累量柵格化后，可提取河流網(wǎng)絡(luò)，對(duì)河流網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行矢量化，生產(chǎn)如圖2的河流網(wǎng)絡(luò)圖。最后利用盆域分析功能進(jìn)行排水分區(qū)劃分，并提取各子匯水區(qū)邊線，生成矢量圖。經(jīng)疊加、整理后，所得結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖2 河流網(wǎng)絡(luò)圖

圖3 流域分區(qū)圖

結(jié)合道路規(guī)劃及排水出口進(jìn)行人工調(diào)整，確定最終排水分區(qū)，見(jiàn)圖4。

圖4 排水分區(qū)圖

經(jīng)ArcGis軟件分析計(jì)算所得排水分區(qū)更貼近于地表徑流的實(shí)際匯水情況，更為準(zhǔn)確，對(duì)排水規(guī)劃設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)層面的支撐。

四、結(jié)語(yǔ)

使用ArcGis進(jìn)行排水分區(qū)劃分，使得城市排水分區(qū)更加準(zhǔn)確，極大提高了排水分區(qū)劃分的質(zhì)量，直接生成匯水區(qū)邊線，提高了工作效率。并且，海量地形數(shù)據(jù)為排水分區(qū)劃分提供了支撐，并且提高了劃分結(jié)果的可靠性，使城市排水分區(qū)的劃分更加科學(xué)合理。