GIS支持下的河网密度提取及其在洪水危险性分析中的应用

险性分析中的应用

1O卷4期 2001年l1月 自然灾害学报

JOURNALOFNATURALDISASTERS Vo1.10.No.4 Nov.2001

文章编号:1004—4574(2001)04—0129—04 GIS支持下的河网密度提取及其在洪水 危险性分析中的应用

黄诗峰,徐美,陈德清

(中国水平鼍水电科学研究院.北京100044)

摘要:流域结构特征包含着丰富的洪水危险性信息.率文主要分析流域结构特征的一个重要指标——河同

密度与洪水危险性之间的关系,并重点探讨了GIS支持下的河同密度自动提取方法最后给出了辽河流域的 实例分析

关键词:河同密度;地理信息系统洪水危险性;流域结构特征 中围分娄号:P331文献标识码:A

GIS—basedexffactionofdrainagenetworkdensityanditS

applicationtofloodhazardanalysis

HUANGShi—feng,XUMei,CHENDe—qing

Chinaltt~tituteofWaterR髂ourceandHydropowerR船carch,Beijing100101China) Abstract:BasinstruCturalcharactercontainsmuchinformationaboutfloodhazard.Inthispaper.an importantindexofbasinstructuralcharacter,drainagenetworkdensity,hasbeenanalyzed,therela- tionbetweendrainagenetworkdensityandfloodhazardhasbeendiscussedandanewmethodof automaticalextractionofdrainagenetworkdensitybasedongeographicalinformationsystemhas beensuggestedIntheend.acasestudyofLiaohebasinhasbeengiven.

Keywords:drainagenetworkdensity;geographicalinformationsystem;floodhazard;basinstructural character

我国是世界上洪水灾害最频繁的国家之一,每年因洪水灾害造成的直接经济损失达数百亿元进入20

世纪9o年代后,洪灾损失更呈上升趋势,1998年更是达到创记录的246o亿元ll_,洪水灾害已成为我国实

现可持续发展的严重障碍.

减轻洪水灾害带来的损失,仅靠工程措旋是不够的,尤其是我国当前经济尚不发达,短时间内

尚难以

大幅度地提高防洪标准.洪水灾害风险分析作为一项非工程减灾措旋,对于洪泛区土地利用与开发,洪灾

损失评估,防洪救灾辅助决策,洪灾保险与舫洪标准的制定均具有重要意义,近年来引起了人们的广泛重

视日洪水灾害风险分析包括3个方面:洪水危险性分析洪灾承灾体易损性分析和洪水灾害损失评估其

中洪水盏险’陛分析是前提和基础.国家舫汛抗旱总指挥部办公室已于1997年初要求各流域机构,各省

防汛办组织安排七大江河,大中型水库和重要防洪城市的洪水风险图的绘制工作. 收稿日期:2000—1}一16;修订El期:2001—07—16

基金项目:国家自然科学基金和长江木利委员会联合资助项目(50O99620)

作者简介:黄诗峰0972一)男,安徽潜山人.博士,主要从事地理信息幕境,遥感及其在防洪碱灾中的应用研究

130自然灾害学报l0卷

流域结构特征,包括流域形态,河网密度,水系分维数等,与洪水危险性有着较为密切的关系本文

主要分析河网密度与洪水危险性之问的关系,并重点探讨了GIS支持下的河网密度自动提取方法.

1河网密度的定义

河网密度是流域结构特征的一个重要指标.早在1894年,人们就试图确定一个指标来表示河网密

度.当时Penk提出用主流长度(f)与汇八主流的支流数目(n)之比来表征河网密度(D);其后,Feldner

提出用流域面积与河网的数目之比表示河网密度:1953年Chebotarev认为:流域河网密度可用平均河长

(f)和平均相邻面积(Ⅱ)之比表示.若面积为的流域有n条河流或河段,总长度为L,则1=L/nn=A/n,

1/117,.’.河网密度方程可表示为

D=寺=={㈩

这一定义目前被普遍接受,即认为河蹦密度为单位面积内河道总长度=

2河网密度与洪水危险性

分析河网密度与洪水危险性的关系.首先要分析河网密度与气候,下垫面的关系.河网密度与气候条

件和下垫面条件密切相关.从气候方面来说,自然界为了及时特地表径流向外排泄.必将塑造一定的河流网

络与之相对应,因而河网密度必然反映了区域降雨及径流特征.一般认为,随着降雨量的提高,河网密度

加大Gregory等曾全面地研究了气候与河网密度之间的关系:从下垫面方面来说,河网密度还受人渗

能力的影响.随着渗透性加大.流域河同密度降低.另外据陆中臣对黄土高原丘陵沟壑区安塞县378个小

流域的研究,河网密度还与水系发育历史有关,一般沟谷发育的时间越长,其密度越大.

可见.河网密度扶一定程度上反映了一个地区的降雨量与下垫面条件,而后者对洪水危险性有着较大

的影响.降雨量高,渗透性弱,洪水危险性相对较高.因此,河网密度可闻接反映洪水危险性的相对大

小,即河阿密度高的地方,遭遇洪水的可能性较大.

3Gls支持下的河网密度计算

传统的河网密度是针对流域的,即一个流域拥有一个河嘲密度.其值等于流域内河流总长度除以流域

面积但对于一个流域来说,其内部河流分布是不均匀的,即也有疏密之分.为此.实际应用中,一般甩 一

定规格的格网套在流域水系图上.然后统计落在每个格网内的河流长度,除以格同面积,来定量表示该

网络的网密度.毫无疑问用手工方法统计河流长度,计算河研密度是极其繁琐的

利用GIS的空间叠加分析与空间统计分析.可很容易地计算出河网密度.具体操作步骤如下: (1)数据准备包括两方面内容:水系分布图和格网分布图.水系分布图一般需要矢量化才能得到,

格网分布图可利用GIs软件自动生成.

(2)叠加分析将水系图层与格嘲图层进行空间叠加(overlay).

(3)空间统计叠加分析后,每一条河段都被赋上所在位置格阿的标识码,跨越格网的河段被切断

空问统计分析就是计算每个格网区的河网密度:查找格网图层属性表.对格网属性表中的每一条记录,通

过标码关联,在河网固层属性表中找到与之相应的所有河段,并进行长度累掘再除以格网面积然后

故回格网属性表中.即得到该格网区的河网密度.

上述过程在ARCVIEW下利用AVENUE编程实现代码如下: ftabgrid=agetactivedo~findthemer”grid’3get~ab ftabsx=avgetactivedocfindtheme(“river”).getflab ftabgrid.seteditable(true)

foreachrinftabgrid

grK…ll(1’=rta’ogno’.returnvaiue(ftabgrid.findfieldgrid—idr)

len=0

4期黄诗峰等G玲支持下的河网密度提取及其在洪水危险性分析中的应用 foreachrrlnftabasx

aa=ftabsxreturnvalue(ftabsx.findfield)(grid—idrr) if=(aa=gridid)then len=lenaa end end

ftabgrid.setValue(ftabgrid.findfield)(lenr,len) end

ftabgrid.seteditable(false)

注:代码中grid为格网图层,river”为水系图层

4实例分析一辽河流域河网密度计算与洪水危险性分析

辽河是中国七大江河之一,发源于河北省七老图山脉之光头山,流经河北内蒙吉林和辽宁4省

(区).辽河流域是我国重要的工业基地与商品粮基地,但又是洪水灾害较为频繁,损失较为严重的地区

为了计算辽河流域的河网密度,首先要得到水系分布图与计算格网分布图.水系分布图可从l:50万

地形图上采集流域水系分布图,格网分布图利用ARC/1NFO的Generate命令自动生成,其范围与流域水

系分布范围大致相同,格网太小取10km×10kin图l为辽河流域水系与计算格网分布图 图1辽河流域水系分布与计算格网叠加分布图 Fig.1Lappeddiagramofrivernetworkand calculationnetwod~gridinLiohebasin r

图2辽河流域河网密度分布图

Fig2Distributionofrivernetworkdensity 】nLiaohebasin

按照前面第4节中给出的算法,对水系分布图与格网分布图进行空间叠加分析与空间统计分析得到

辽河流域河网密度分布图,见图2

从图2中可以发现:辽河流域河流网密度空间分异较为明显.辽河下游河网密度比中上游要高,即浑

河,太子河,柳河,绕阳河,大辽河及双台子河等流域河网密度较高.西辽河流域相对较低.这与流域的

降雨及下垫面分布密切相关,西辽河流域降雨量明显偏少,而且西辽河流域多为黄土沙丘,下渗能力强,

因此河网密度较低

对照辽河流域历史洪水灾害(参见图3)可发现:总体上看,河网密度较低的西辽河流域,发生洪水

的次数要比河网密度较高的河辽中下游要少得多,而对于西辽河流域内部来说,洪水灾害也往往发生在河

网密度相对较高的地方

132自然灾害学报0卷

圉3辽河流域部分历史洪灾淹没范围围

Fig.3Inunda~dareaofpartialh~toricalfloodinLiaoheRiverbasin 参考文献:

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