参考文献 17

致谢 18

1 绪论 

1.1 研究背景与意义

洪涝灾害是我国目前面临的最主要的自然灾害，其每年造成的经济损失已占到国民生产总值的3.5%左右。20世纪70年代年洪泛区的人口与资产分别占全国总量的45.8%和59%，八十年代年增至48.2%和72%，全球范围内的洪灾损失也呈现逐步增长的趋势。

对于城市和一些抗洪薄弱区域，通过三维技术预先判断受灾面积，计算淹没范围和水深分布情况，可以为抗洪防灾提供技术决策，这对于减少洪涝灾害造成的经济影响和人力损失具有重大意义，也是现在学者热衷研究和评估的热点之一[1-2]。

因此无论是从人民安全角度考虑，还是从社会经济发展角度来看，都有必要从宏观上了解一个地区遭受洪涝灾害损失的危险程度[3]。对于某些抗洪能力薄弱的城市如沿海地带的城市，如果可以在洪水发生前预测到洪水来临时淹没的范围和对受灾区破坏的程度，对于减少损失以及保护城市等方面具有重大的意义。

基于ArcGIS强大的可视化技术，近年来GIS在洪水淹没分析方面得到了广泛应用，比如基于ArcScene与DEM开发的洪水淹没分析系统，利用其进行动画模拟和三维分析,并做灾害评估，风险预测[4]。本文介绍基于ArcEngine组件开发的洪水模拟软件，进行洪水淹没的三维模拟和分析，该系统构建快速，并能快速分析受灾区域。

1.2 国内外研究现状

1.3 论文章节安排

第一部分介绍洪涝灾害的研究背景、研究意义以及洪涝灾害在国内外的研究现状，包括在计算机技术和GIS技术相结合下的洪灾问题研究现状。

第二部分介绍有关洪涝灾害分析的相关理论与技术，淹没分析算法包括种子扩散方法、城市暴雨淹没模拟方法和高程平铺模型，并介绍了本文主要用到的GIS组件技术中的ArcGIS Engine组件。

第三部分介绍了基于GIS技术的洪水模拟分析过程，包括本文研究的基本数据介绍、三维场景构建方法、洪水演进模拟方法，对洪水淹没区域的分析计算方法。

第四部分介绍系统的总体框架结构以及系统的实现过程。

第五部分是对论文的总结，主要包括系统设计的主要功能、研究工作进行过程中遇到问题的解决方式和本系统存在的不足之处。

2 相关技术与理论

2.1 淹没分析方法

洪水淹没的过程存在多方面因素的影响，最为突出的是受灾区的地形地貌和洪水的特性，洪水淹没大体上可以分为两种形式：漫堤式淹没和决堤式淹没。漫堤式淹没，即洪水水位过高，超过提防的高程，洪水漫过堤顶进入淹没区；决堤式淹没，即堤防溃决，洪水从堤防决口处流入淹没区。淹没分析方法总体上分为两种，一种是仅仅考虑特定高程以下的淹没区，不考虑其他任何因素，指定高程以下都算淹没区；第二种是考虑地形，洪水来源等多方面因素结合形成的淹没区域。常见的淹没分析方法有以下三种。

2.1.1 种子扩散方法

种子扩散算法，也称为内部点扩散算法，从指定的内部点(种子点)和扩散到周围的八个方向来确定每个新加入点是否符合预先定义的条件，如果没有条件得到满足，扩散的点无法作为新的种子点。否则，该点作为一个新的种子点，和原有的种子执行新的扩散操作，并且在所有条件都满足之前，重复上面的种子点和上面的过程，直到所有点都变成种子点，遍历完成。图1可以简单表示扩散过程：若种子可以执行扩散，用✔表示，如果不能，则用✖表示。在GIS数据处理中，种子扩散算法通常用于在栅格数据中找到所需的内容，该算法可以提取淹没区域和淹没流域[16]。