ArcGIS雨涝风险模拟

所谓雨涝模拟分析，

就是模拟降雨量达到一定强度，

城市的哪些区域容易被淹没形成内涝。

雨涝模拟更重要的是提前预测，

可在预测结果的基础上进行实地勘察，

为项目规划、风险防控等工作提供指导作用。

雨涝模拟的原理和思想多种多样，

方法也比较复杂，

本文以模拟广州市雨涝风险区域为例，

介绍一种“体积比较法”的原理和分析思路。

01基本原理

首先搞明白什么是地表径流：地表径流指的是降水或融雪强度一旦超过下渗强度，超过的水量暂时留于地表，当地表贮留量达到一定限度时，即向低处流动，成为地表水而汇入溪流的水量。

本文的原理是基于体积比较法，通俗简明的解释下：

以某种降水量（年均降水量、极端降水量等）为基础，以集水流域为分析单元（简称“集水单元”），计算每个集水单元的径流量，从而得到集水单元的体积，当集水单元的体积（高度）>该集水单元内栅格表面的体积（高度），即形成雨涝淹没区。

该图来源于：ArcGIS帮助文档

技术路线示意图

02数据与模型

原理虽然清楚，但是涉及的内容可不简单，需要制备的数据包括——

降雨量

DEM

集水单元

土地利用

地表径流

1. 降雨量：降雨量的数据可以到中国气象数据网去获取，本次我们模拟了粤港澳30年长时间序列的平均降雨量，从中提取出广州市降水量。（你也可以获取极端降雨数据等等，不同的降水量模拟的结果肯定也是不同的哦）。

第一步，得到带有降水量的气象站点数据——

粤港澳气象站点分布图

第二步，对数据进行分析检验——

数据分析检验示意图

趋势分析与Voronoi图

第三步，模拟预测降水量分布——

克里金插值半变异函数拟合分析

粤港澳年均降水量的插值模拟

2. 集水单元：区域的模拟分析，都要有一个分析单元，一般而言，和水有关的分析，常常结合DEM数据，利用水文分析，提取出集水流域，作为分析单元，本例也不例外——

广州市集水单元

3. 地表径流：地表径流量需要根据降雨量和径流系数（不同地表覆盖的径流系数）来计算，参考的计算模型为“双评价指南”的模型：

计算地表径流基本的步骤是：

第一步：为每种地类赋予对应的径流系数；

第二步：集水单元与地类叠加，计算出每个集水单元的加权平均径流系数；

第三步：将计算出加权平均径流系数的集水单元与降水量的数据叠加计算，得到每个集水单元的径流量。

集水单元流量模拟示意图

03雨涝风险斑块识别

下面我们开始进行雨涝风险斑块的识别。

第一，计算每个集水单元的集水体积：这一步倒是不难，就是用每个集水单元径流量与每个集水单元面积相乘即可；

第二，体积比较法识别淹没区域：如果只是分析一个集水单元的雨涝淹没情况，可以利用“表面体积”工具，不断的试验集水高度，直到接近该集水单元的体积，则该高度以下即为淹没区，当然，这个方法工作量很大，而且只适用于一个集水单元，很多集水单元的话，这个方法就扑街了；

下面，就需要介绍下体积比较法，简明介绍下基本思想——

每个集水单元的体积是一定的，某区域集水单元的面积<该集水单元区域地表的面积，则，该区域集水高度>该区域的地表高度，即为淹没区！

这基本思想看起来简单，但是涉及到的操作可真是不少！通过集水单元栅格面积的计算与比较，基于上述思想，得到了集水高度>地表高度的区域，也就是潜在的雨涝淹没风险区——

第三，风险集中度分级：这一步又简单了，就是将淹没区进行核密度的分析，根据集中程度进行分级就可以啦——

最后再说明一下，城市雨涝淹没分析原理多样，方法也比较复杂，本文主要基于“体积比较法”的一个思路框架。

​