第３６卷ＶａＬ３６第５期
Ｎｏ．ｓ
计算机工程
ＣｏｍｐｕｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２０１０年３月
Ｍａｒｃｈ２０１０
?开发研究与设计技术?文章编号。１０００一－３４２８（２０ｌｏ）０５一－０２６０－＿０３文献标识码。Ａ中圈分类号ｔＴＰ３１９基于ＧＩＳ的泥石流流域分布式水文计算系统
杨宇１，管群１，胡凯衡２３．李洪雷１
（１．四川大学计算机学院，成都６１００６５；２．中国科学院山地灾害与地表过程重点实验室，成都６１００４１；
３．中国科学院水利部成都山地灾害与环境研究所。成都６１００４１）
囊要：基于ＧＩＳ技术与分布式水文模型，设计并实现泥石流流域分布式水文计算系统。以流域降雨、高程、坡度等数据为输入，对泥石流流域的降雨产流、产沙进行模拟，自动批量计算指定时间段内每Ｌ：Ｉ流域出口清水流量、泥沙流量以及流水含沙量。将系统应用到云南蒋家沟泥石流流域中，计算得到的高含沙水流含沙量与实测的含沙量数据误差很小，表明系统具有较高的精度和适用性。
关健诃：地理信息系统；空间数据；泥石流；分布式水文模型
ＧＩＳ—?ｂａｓｅｄＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＨｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌＳｙｓｔｅｍｏｆ
Ｄｅｂｒｉｓ．ｆｌｏｗ腑ｔｅｒｓｈｅｄ
ＹＡＮＧＹｕｌ，ＧＵＡＮＱｕｎｌ，肿Ｋａｉ－ｈｅｎ∥，ＬＩＨｏｎｇ－ｌｅｉｌ
ｎ．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ，ＳｉｃｈｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００６５；
２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙ
ｏｆ＇ＭｏｕｎｔａｉｎＨａｚａｒｄｓａｎｄＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｃｅｓｓｅｓ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１；
３．ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＭｏｕｎｔａｉｎＨａｚａｒｄｓａｎｄＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ＆ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＷａｔｅｒＣｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ６１００４１）
［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ＢａｓｅｄｏｎＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ（ＧＩＳ）ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌ，ａｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｓｙｓｔｅｍｏｆｄｅｂｒｉｓ?ｆｌｏｗｗａｔｅｒｓｈｅｄｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｗｉｔｈｄａｔａｓｕｃｈａｓｒａｉｎｆａｌｌ，ｅｌｅｖａｔｉｏｎａｎｄｓｌｏｐｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｅｓｒａｉｎｆａｌｌ—ｒｕｎｏｆｆａｎｄｒａｉｎｆａｌｌ?ｓｅｄｉｍｅｎｔｏｆｔｈｅｗａｔｅｒｓｈｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｒｕｎｏｆｆ，ｓｅｄｉｍｅｎｔｙｉｅｌｄａｎｄｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｆｏｒｅａｃｈｄａｙ．ＴｈｅｓｙｓｔｅｍｉｓａｐｐｌｉｅｄｔｏＪｉａｎｇｉｉａＶａｌｌｅｙ，ａｄｅｂｒｉｓ－ｆｌｏｗｂａｓｉｎｏｆＹｕｎｎａｎＰｒｏｖｉｎｃｅ．Ｃａｌｃｕｌａｔｅｄｒｅｓｕｌｔａｇｒｅｅｓｗｅｌｌｗｉｔｈｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｓｅｄｉｍｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈａｓｈｉｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｐｐｌｉｃａｂｉｌｉｔｙ．
［ＫｅｙｗｏｒｄｓｌＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ（ＧｌＳ）；ｓｐａｔｉａｌｄａｔａ；ｄｅｂｒｉｓ－ｆｌｏｗ；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｈｙｄｒｏｌｏｇｉｃａｌｍｏｄｅｌ
ｌ概述
泥石流是广泛分布于我国山区的一种地质灾害，这种灾害暴发突然、来势凶猛，对山区生态环境、水利水电、城镇厂矿、道路交通、农田水域、景观资源等造成严重危害，已成为影响我国山区公共安全和工程安全的重大灾害之一。防治和减轻泥石流危害的方法和手段主要有泥石流的防治工程和生态措施、泥石流预测预报、泥石流危险性评价和泥石流风险管理等。而如何准确计算泥石流流量、临界激发雨量等水文特征参数是泥石流防治工程设计、泥石流预测预报、泥石流危险范围预测和泥石流保险对策等工作中的要点和难点。对泥石流灾害的预测和分析需要运用到大量的空间数据和空间数据处理技术，传统的计算机信息处理技术在这方面存在很大的缺陷。地理信息系统（ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ，ＧＩＳ）是一个功能强大的空间数据管理与分析的工具和平台。它以地理空间数据为基础，在计算机软硬件的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析和显示。ＧＩＳ技术的引进大大弥补了传统的计算机信息处理技术在空间数据处理上的缺陷【ｌＪ。在这种背景下，利用ＧＩＳ技术对分布式水文模型进行集成，构建分布式泥石流水文计算系统，具有技术的可行性和实际的应用价值。
２．分布式泥石流流域水文计算模蕉
分布式泥石流流域水文计算模型采用美国水土保持局研制的ＳＣＳ模型【２】，进行空间分布的产流计算，得到流域各网—之６０＿一格单元的净雨强度分布；采用ＭＵＳＬＥ方程进行产沙计算【３１，得到流域各网格单元的产沙量。分别计算沟谷和山坡流速，跟踪从流域出口顺着流向到每个上游单元的汇流路径，用汇流路径除以流速计算整个汇流路径的汇流时间之和，得到各个网格单元到达流域出口的总的汇流时间ｉ４ｊ。将各个汇流时闯段内到达出口的所有单元的体积流和产沙量分别求和。得到出Ｉ：１的清水流量和泥沙量，进而得到含沙量。
２．１产漉计算
ＳＣＳ模型是美国水土保持局研制的小流域暴雨径流估算模型，其降雨－径流关系的最终表达式为
』肛（Ｐ－０．２×ＭＳ）２／（Ｐ＋０．８×ＭＳ）！孔２×墙
【Ｒ＝ｏ
Ｐ＜０．２ｘＭＳ
其中，Ｐ为一次降雨的降雨总量（单位为ｒａｍ）；Ｒ为净雨深（单位为ｍｍ）；ＭＳ为流域最大蓄水量（单位为ｒａｍ），ＭＳ＝２５４００／ＣＮ－２５４，ＣＮ（ＣｕｒｖｅＮｕｍｂｅｒ）是一个无因次的、反映降雨前流
基金项目：国家自然科学基金资助项目（４０６７１０２５）；中科院知识创新工程重要方向基金资助项目（ＫＺＣＸ２－ＹＷ－３０２）；中科院成都山地灾害与环境研究所创新工程基金资助项目（１１００００１０６２）
作者筒介：杨字（１９８５－－），男，硕士研究生，主研方向：地理信息系统；管群（通信作者），副教授、博士；胡凯衡，副研究员、博士；李洪雷，硕士研究生
收稿日期：２００９－１０－２１Ｅ－ｍａｒｌ：ｇｕａｎｑｕｎ＠ｃｓ．ＳＣＵ．ｅｄｕ．ｃｎ
万方数据