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RTG电子游戏博士研究生答辩安排信息表(Mohammed Sadek Mahmoud Sadek)

日期:2021-08-31 点击数: 来源:

学号

4117999089

姓名

Mohammed Sadek Mahmoud Sadek

导师

李旭祥教授

手机号码


邮箱


研究方向

评估山洪暴发的影响

论文题目

基于建模技术和对地卫星数据的埃及城乡山洪灾害影响评估

中文摘要

   自然灾害从根本上被视为我们世界面临的最严峻挑战之一。在这些灾害中,山洪暴发在埃及和阿拉伯沙漠中最为常见。本研究为监测和评估城市和农村地区山洪暴发的影响提供了低成本的解决策略。研究方案采用水文/水力建模、先进的遥感数据和地理信息系统(GIS)技术相结合的方法来评估山洪暴发对Ras Ghareb市的影响并绘制了Wadi El-Natrun区域的植被毁坏区分布图。Ras Ghareb经历了强降水引发的频繁山洪暴发,山洪破坏了基础设施并造成经济损失。Ras Ghareb是埃及重要的战略城市,因为它生产了埃及65%的石油。因此,政府一直在努力保护这座城市。此外,Wadi El-Natrun多年来也经常遭受山洪暴发,其中最具破坏性的是2015年袭击尼罗河三角洲西北边缘(包括研究区)的洪水。所有流域都将雨水直接排放到Wadi El-Natrun洼地,水体的聚集破坏了当地的耕地和基础设施。本文提出了两种基于免费卫星数据(例如Sentinel-2图像)的方法来监测山洪暴发对城市地区的影响。第一种方法是结合模糊层次分析法(FAHP)和GIS来分析和评估洪水易发地区的洪水风险。第二种方法结合使用了数值模型(水文/水文建模)、Sentinel-1/2卫星图像和GIS技术。此外,还采用两种方法来估算被破坏的植被面积。第一种方法使用洪水前后的两幅Sentinel-1/2图像来提取淹没植被区域,转化为水体的植被区域,和转化为裸地的植被区域。第二种方法是综合使用遥感数据(Sentinel-1/2)、数值水文/水力模型和ArcGIS软件来模拟山洪路径。

   在第一种方法中,利用在山洪暴发前后获取的两张Sentinel-2卫星图像确定了被毁区域和水体。五种从DEM,Sentinel-2图像和土壤分布图中提取的地图(坡度图、河流网络、土壤图、表面粗糙度和土地覆盖类型)被应用于模糊层次分析法(FAHP)进行洪水脆弱性地图的绘制。然后,可以根据两张Sentinel-2图像之间的变化检测来验证生成的洪水脆弱性图。FAHP是可取的,因为它可以最大限度地减少数据和分析中的不确定性。变化检测分析的结果表明,被破坏的区域明显集中在市中心,因为这是城市中最低的区域。结果还表明,FAHP的输出与两张Sentinel-2图像识别出的破坏最严重的区域相匹配。具有高空间分辨率的Sentinel-2卫星图像提供了监测城市内部洪水影响的机会,而以前的研究通常依赖于中等空间分辨率的Landsat数据或高空间分辨率图像的商业卫星数据。另外,在卫星图像不可用的情况下,此方法为洪水风险分析提供了一种替代解决方案。生成的洪水脆弱性图可以帮助地方政府和规划人员制定相应的策略。

   第二种方法采用水文建模,特别是在该地区缺乏水文和气象数据的情况下,模拟山洪暴发期间流域的行为和潜在洪水的地表径流动态(洪水的空间范围、深度和速度),然后确定有洪水风险的地点。这种方法依赖于水文/水力建模、Sentinel-1/2卫星图像和GIS技术的集成。高程数据从SRTM和ALOS PALSAR中提取。土壤质地特性可以从Sentinel-1雷达图像与地质数据融合得到,从而生成包含岩石类型及其纹理信息的混合土地覆盖图。Sentinel-2图像用于绘制流域下游区域的土地利用/土地覆盖(LULC)地图。使用WMS和HEC-1模型提取的形态特征、流域水文流量、峰值流量和水量作为HEC-RAS 2D模型的输入来计算和分析漫滩水力。这种集成的输出结果已经根据结合各种免费光学数据源(Sentinel-2图像、洪水后的航拍照片、谷歌地球图像和开放街道地图(OSM))生成的洪水影响地图进行了验证。结果表明,降水强度为51 mm的暴雨会在Wadi El-Darb流域出口造成852.73 m3/s的峰值流量,山洪在4小时内到达城市,平均洪水深度为1.69 m。  此外,山洪主要影响了市中心地区(证实了第一种方法的结果);约2.93 km2、33.35 km的Ras Ghareb-Minya高速公路和55.9 km的内部公路网被淹没。Jaccard系数(= 0.72)证明了由水力模型确定的洪水路线与洪水影响地图描绘的路线之间的一致性。因此,这项工作为缺乏可用遥感数据的发展中国家提供了一种预测贫瘠地区洪水危险的实用且快速的技术。以往的研究通常侧重于监测洪水对城市的影响。然而,为了使这项研究更有成效,我们进一步研究了Ras Ghareb-Minya高速公路上的山洪影响。此外,该方法还为评估现有保护工程的性能提供了机会,同时为其提出了发展建议,以减轻洪水影响并开发利用水资源。

   另一方面,有两种方案可以评估山洪暴发对农村地区的影响。第一种方案基于山洪暴发前后获得的Sentinel-1和2图像,并应用变化检测和阈值(CDAT)技术提取淹没植被面积、短暂水体的变化和裸露土壤的变化。进一步将得到的裸土变化叠加到洪水前的植被覆盖上,以提取转化为裸土的植被覆盖区域。这种方法的独创性体现在描述洪水后植被覆盖转化为裸土的可能性,而这在以前的研究中被忽略了。第二种方案通过结合Sentinel-1/2和SRTM数据图像、志愿者拍摄的地理定位地面照片、GIS技术和HEC-1/HEC-RAS模型来模拟山洪暴发路线。结果表明,虽然第一种方案是连续监测水体变化的有效解决方法,但在检测植被淹没区域方面存在局限性。另一方面,第二种方案提供了确定流域危害程度的山洪路径和水文参数,从而帮助决策者管理洪水风险。此外,第二种方案在估算被破坏的基础设施方面优于第一种方案。因此,第二种方案更适用于评估和缓解未来山洪暴发的影响

答辩时间

2021年 9月2 日 上午 9:00 开始

答辩地点

西安交通大学兴庆校区东一楼古建研究所

答辩秘书

赵富波

手机号码


工作单位

西安交通大学

答辩评委

评委人数

姓名

职称/是否博导

工作单位


1

吴一平

教授     是

西安交通大学

答辩主席

2

顾兆林

教授     是

西安交通大学


3

王文科

教授     是

长安大学


4

张猛

教授     是

西安交通大学


5

王云强

研究员   是

中科院地球环境研究所


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