常见洪水模拟工作流程

洪水模拟图层定义了一个在场景中特定感兴趣区域内运行的方案。 该图层指定来自降雨、水源点和初始水深的入水量,并且可以包含其他改变水流方向的元素,例如水渠、屏障和渗透特性。 每个模拟都会针对场景中的地形和要素运行,因此可以使用图层可见性、定义查询和前后高程表面来调查许多方案。 本主题概述了示例工作流程,展示了如何使用洪水模拟。

所有的洪水模拟方案都需要创建一个包含 3D 世界的场景,其中有水流动。 这包括地面高程表面和任何会影响水流的重要 3D 矢量元素,例如建筑物和坝墙。 强烈建议仔细检查高程表面,消除影响水流的异常和错误,例如可能被捕获到激光雷达创建的 DEM 中的桥梁、汽车或树木。 运行洪水模拟时,将直接使用显示的场景内容。

注:

模拟显示的分析结果可以导出为时间栅格,以便在 GIS 工作流程中进一步使用,例如制作地图、识别关注区域和生成报告。

使用随时间变化的降雨量来模拟风暴

一个简单的方案是模拟降雨中的水如何在感兴趣的区域内流动和积聚。 此方案可以在场景中的任何位置以本地或全局视图模式运行。 从包含相关图层(例如地面和建筑物)的场景开始,然后将相机导航到要分析的位置。

洪水模拟中雨水正流往山下
  1. 确保 3D 场景处于活动状态。
  2. 分析选项卡的工作流程组中,展开模拟下拉模板库,模拟然后选择降雨预设。降雨量

    用于定义感兴趣区域的模拟工具栏出现在 3D 场景的底部,并且中心位置创建工具默认处于活动状态,但可以使用任何创建工具。

  3. 单击所需研究区域的中心,向外移动鼠标,按 R 键打开“半径”控件,将值设置为 2000 米,然后按 Enter
  4. 在模拟工具栏上,单击在区域中创建模拟按钮 创建模拟区域

    新的模拟图层将添加到场景的内容窗格的模拟类别中。

  5. 单击模拟选项卡可查看模拟图层的当前属性。

    注:

    • 像元大小是 1 米。
    • 持续时间为 1 小时。
    • 每小时降雨量为 40 毫米。

  6. 模拟选项卡的配置组中,将持续时间值设置为 00:30:00(30 分钟)。
  7. 构建组中,单击运行按钮 运行模拟

    从场景中的可见内容中提取海拔值,当前时间值开始前进,并且水开始在感兴趣的区域内移动和积聚。 在场景内和周围导航相机,更仔细地观察水的运动。

  8. 单击播放组中的暂停按钮 暂停

    当前时间值停止前进并且水也停止运动。

  9. 内容窗格中,右键单击模拟图层,然后单击配置按钮 配置 以打开配置模拟窗格。
  10. 降雨量表中,单击拆分
  11. 在第一行中,将速率值设置为 5,将单位/小时设置为英寸 (in)。
  12. 在第二行中,将速率值设置为 0.5 英寸。
  13. 再次单击拆分
  14. 将这个新的第三行的速率设置为 0.1 英寸。
  15. 单击应用
  16. 模拟选项卡的构建组中,单击运行按钮 运行模拟

    该模拟以极端降雨条件运行 15 分钟,随后在接下来的 15 分钟内逐渐减小水流速率,模拟了一场假设的暴风雨过境过程。

  17. 模拟完全播放后,单击模拟功能区播放组中的后退 后退前进 前进 按钮,浏览和探索模拟的缓存内容。
  18. 或者,通过单击模拟选项卡的导出组中的分析结果按钮 导出模拟分析,将分析导出为栅格数据。
  19. 导出模拟窗格中,将位置设置为本地计算机上的文件夹。
  20. 单击导出

现在,您可以直观地了解在短暂但猛烈的风暴事件期间水体流动和积聚的位置。 可以继续尝试不同的降雨量和其他感兴趣的领域。 导出的栅格数据可与标准地理处理工具(例如栅格分析工具箱叠加地理处理函数)结合使用,更好地了解影响的严重性和范围。

模拟大坝的受控泄洪

在此场景中,将使用水源点来创建一个特定位置,将水流添加到模拟中。 这对于许多应用场景都非常有用,比如按特定速率放水来泄洪、模拟破损的水管或者模拟水流从感兴趣区域上游流入的情况。

水从单一水源点流向低处。
  1. 确保 3D 场景处于活动状态。
  2. 分析选项卡的工作流程组中,展开模拟下拉模板库 模拟,然后选择水源 水源 预设。

    用于定义感兴趣区域的模拟工具栏出现在 3D 场景的底部,并且中心位置创建工具默认处于活动状态,但可以使用任何创建工具。

  3. 单击所需研究区域的中心,向外移动鼠标,然后再次单击以设置一般范围。

    提示:

    可以在任何地方进行分析,不过建议最好选择大坝墙的前部或其溢洪道上的某个位置。

  4. 在模拟工具栏上,单击在区域中创建模拟按钮 创建模拟区域

    新的模拟图层将添加到场景的内容窗格的模拟类别中。 它的中心包含一个水源点。

  5. 单击模拟选项卡可查看模拟图层的当前属性。

    注:

    • 像元大小是范围的一个因素。
    • 持续时间为 1 小时。
    • 每小时降雨量为 40 毫米。

  6. 模拟选项卡的配置组中,将持续时间值设置为 00:12:00(12 分钟)。
  7. 区域组中,单击修改 修改

    选项周围会出现选择控点。 如果它们不可见,请单击缩放至模拟按钮 缩放至模拟,将整个感兴趣的区域纳入视图。

  8. 使用屏幕上的编辑控点移动感兴趣的区域,将水源点移动至模拟区域的边缘附近,但仍在模拟区域内部,以便包含更多预期的下游水流。
  9. 在模拟工具栏上,单击在区域中创建模拟按钮 创建模拟区域

    视图将随之更新以反映这个新感兴趣区域的边界。

  10. 内容窗格中,展开子元素列表以查看水源组中的节点。
  11. 右键单击水源 1,然后单击修改 修改

    修改叠加层出现,标题为 Water Source 1

  12. 在叠加层中,将速率值更改为 200,然后单击绿色复选框 应用 以应用更改。
  13. 模拟选项卡的构建组中,单击运行按钮 运行模拟

    水开始以每秒 200 立方米的速度从该点位置涌出。

    注:

    将水源作为单个像元处理。 对于 1 米的像元大小模拟,以每秒 200 立方米的流速,将水以高柱状形式应用到一个平方米的空间上。 为了较为平缓地增加水量,请添加多个附近的水源点,并为每个水源点配置一部分所需的总流量。

  14. 模拟完全播放后,使用播放组中的后退 后退前进 前进 按钮,浏览和探索模拟的缓存内容。
  15. 或者,通过单击导出组中的分析结果按钮 导出模拟分析,将分析导出为栅格数据。
  16. 导出模拟窗格中,将位置设置为本地计算机上的文件夹。
  17. 单击导出

现在,可以直观地了解水从水源点位置流动的路径。 您可以继续尝试不同的流量和其他位置,包括添加多个水源点。 导出的栅格数据可与标准地理处理工具(例如栅格分析工具箱叠加地理处理函数)一起使用,以更好地了解和解释水从起始位置向何处流动。

从部分洪水状态中审视可能的未来情景

在这种情景中,将使用初始状态的水深栅格将水加载到地表上,然后从该状态模拟可能的未来情景。 这对于进行假设性情景分析非常有用,例如模拟可能的堤坝破裂情况或比较最坏情况和最好情况下的降雨预测结果。 在这个情景中,需要使用水深栅格数据,可以通过多种方式进行建模。 其中一种选项是计算地形和固定海拔之间的高程差,例如填满水坝,或者使用另一个模拟运行的输出,例如降雨模拟情景的输出或另一个洪水模拟引擎的预测水位。

导出的分析结果显示了之前的强降雨情景的最终状态,并将其作为两个新模拟的起点。 原始模拟图层仍然存在于活动场景中,导出的最终状态分析栅格也已添加到场景中。

两个并排的图像对比展示了降雨时水坝的最好情况和最坏情况
两种可能情景:左侧是仅有轻微降雨的最好情况结果,右侧是大雨时水坝溢流的最坏情况结果。

创建最好情况方案

首先运行最好情况方案。

  1. 内容窗格中,右键单击现有模拟图层,然后单击复制
  2. 右键单击模拟类别节点,然后单击粘贴 粘贴
  3. 在新的模拟图层上单击两次并将其重命名为 Best Case
  4. 右键单击 Best Case 图层,然后单击配置 配置
  5. 配置模拟窗格中,右键单击降雨量表中的行标题,然后单击删除所有行
  6. 单击追加以添加新行。
  7. 在新行中,设置以下值:
    • 持续时间00:15:00
    • 速率2
    • 单位/小时 - 毫米

    在这种最好情况方案中,降雨量将稳定在每小时 2 毫米。

  8. 起始水位标题下,从下拉图库中选择最终状态分析栅格图层。

    内容窗格中的所有栅格都会列出。

  9. 单击应用
  10. 模拟选项卡的构建组中,单击运行按钮 运行模拟

    以每小时 2 毫米的速度将水添加到原始模拟的最终状态的表面。

创建最坏情况方案

既然已经运行了最好情况方案,则必须针对最坏情况重复该过程。

  1. 内容窗格中,右键单击 Best Case 模拟图层,然后单击复制 复制
  2. 右键单击模拟类别节点,然后单击粘贴 粘贴
  3. 在新的模拟图层上单击两次并将其重命名为 Worst Case
  4. 右键单击 Worst Case 图层,然后单击配置 配置
  5. 配置模拟窗格的降雨量表中,将速率值更新为 25

    在这种最坏情况方案中,降雨量将保持在每小时 25 毫米的高水平。

    在最坏情况方案中,其他因素也可能发挥作用,例如从堤坝或水坝中部分或完全泄洪。 将水域中的破口建模为通道元素。 另一种可能性是,将桥梁倒塌或河流阻塞建模为障碍元素。 将这些元素中的一个或多个元素添加到模拟图层中可以为探索潜在的未来提供更多的变化因素。

  6. 单击应用
  7. 模拟选项卡的构建组中,单击运行按钮 运行模拟

    与之前的模拟一样,将水添加到原始模拟的最终状态的表面,但这次以每小时 25 毫米的速度添加水。

现在您可以通过视觉上的直观对比,了解水在给定起始状态下,使用最好和最差情况参数时的流动状况。 可以继续尝试更多替代方案,例如将沙袋建模为障碍物或将上游水流纳入水源点。 对于导出到栅格的所有选项,导出的数据可以与标准地理处理工具(例如栅格分析工具箱叠加地理处理函数)一起使用,对一系列可能的未来情况进行比较和对比。

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