【原】GIS 学生如何帮助应对洪水（以2019年美国洪水为例）

前言

这是美国有记录以来最潮湿的春季，1 月至 6 月期间，多场风暴袭击和河流泛滥，淹没了中西部、高平原和南部，影响了 1400 万人。密西西比河沿岸的 42 个不同地点创造了新的高水位记录。吸取的教训一直延续到今天——洪水是许多科学领域的记录簿之一。

位于马科姆的西伊利诺伊大学 (WIU) 的学生坐在前排——马科姆位于密西西比河和伊利诺伊河之间以及河流交汇处的北部——他们开始着手监测影响并确定需要的区域。

这张来自美国陆军工程兵团的洪水地图说明了密西西比河洪水如何导致伊利诺伊河泛滥。

“密西西比河洪水泛滥，伊利诺伊河无法排水”

斯佩里被伊利诺伊州紧急事务管理局 (IEMA) 派往温彻斯特的州统一地区司令部 (SUAC)。他带领一组地理信息系统 (GIS) 学生创建地图，以帮助来自 IEMA、国民警卫队、伊利诺伊州交通运输部、伊利诺伊州警察、美国陆军工程兵团等的急救人员。

“有很多道路封闭，所以学生们参与了绕行路线图和其他地图产品的制作，”斯佩里说。“我们使用无人机来提供实时态势感知能力。我们连续 16 天每天工作 14 小时。”

在沿河的许多小社区中，洪水经常发生，但没有达到这些事件的程度和持续时间。伊利诺伊州比尔兹敦经历了 176 天的轻度和中度洪水。在附近的哈瓦那，大洪水持续了 37 天。

“应对洪水响应的持续时间和紧张的几个月令人筋疲力尽。”

提供重要堤防的视图

在该州的非建制社区 Nutwood，Sperry 和他的团队监测了距离城镇几英里的主要干堤系统。

美国陆军工程兵团和国家气象局使用水力预报和 GIS 进行预测建模所运行的模型，该堤坝将失败。

市民们用推土机将城镇周围农田的泥土推开，建造了自己的后备堤坝。不幸的是，主要堤防失败了，然后后面的堤也失败了。当 Nutwood Levee 淹没时，它迫使位于 Hardin 附近的 Joe Page Bridge 的伊利诺伊州 16 号州道关闭。水退去需要数周时间。

Sperry 和他的团队在堤防失败的过程中一直在那里。

“我们在堤防破坏之前、堤防破坏期间和之后使用无人机和Drone2Map技术绘制了 Nutwood 的地图。“IEMA 使用详细的无人机测绘和高程模型来通知疏散。”

该团队还使用 GIS 工具记录了后果。他们使用ArcGIS Survey123和ArcGIS Collector进行洪水后损失评估，拍摄所有内容。在 iPad 上收集数据后，该团队摆脱了历史上在伊利诺伊州和密西西比河上游和下游使用的纸质系统。

Sperry 帮助培训了每个人并让他们继续完成任务。在某些情况下，这需要引导人们克服新工作流程带来的不适。

我们吃午饭并将所有 iPad 连接到一个热点并将数据推送到云端以便他们都能在地图上看到他们的工作。对于许多从未使用过这项技术的损害评估人员来说，这是其中最令人震惊的一点。

保持农村社区移动

绘制交通路线的工作是更关键的要素之一，洪水导致许多道路和桥梁关闭，人们需要撤离。

“交通部有一位专业的交通流量建模师正在优化疏散路线”，“我们将这些信息导入地理数据库以进行下一步，创建地图产品以提供所有人最终会在哪里结束的上下文。”

由于缺乏桥梁基础设施，许多渡轮横穿河流，洪水导致道路和桥梁关闭，使流动性更加糟糕。前往圣路易斯的通勤者甚至使用自己的船穿越河流，将汽车停在河对岸，以避免在洪水泛滥的情况下单程多花三个小时。

无人机是密切关注 Nutwood 的有用工具。（照片由查德·斯佩里提供）

随着高水位随着时间的推移向下游移动，该团队进行了一些淹没建模，以帮助了解洪水接近圣路易斯时的影响。

“有一些问题是，如果某个特定的堤坝破裂，我们会看到什么？” “我们正在创建洪水范围地图，以检查这些堤坝中的任何一个被破坏时的现实情况。”

事件指挥官和规划部门负责人研究了洪水范围图，以制定应急计划。通过查看潜在结果，他们可以确定哪些房屋和道路会受到影响，并在堤坝发生故障时优先疏散区域。

“我们在活动期间使用了大约一百万个沙袋，”斯佩里说。“堤防通常是用土芯建造的，土芯顶部铺有沙子。随着时间的推移，沙子和核心会变得饱和，这会给周围的土壤带来压力和压力。我们在河流找到一条小路的堤坝内半英里处出现了疖子，他们会在这些疖子周围放沙袋，使它们与河流的高度相等。”

美国陆军工程兵团使用 ArcGIS Collector 来标记和监控大坝、堤坝中的任何洼地以及任何异常情况。然后，有关弱点的数据将用于为未来的堤防改进提供信息。

团队团队的一种观点

不同机构和 GIS 学生收集的实时数据被输入ArcGIS Dashboards并在全州共享。

“我们与国民警卫队一起建立了一个仪表板，以显示沙袋部队的部署位置，”“在我们使用仪表板的第一次简报之后，他们把我们搬到了主楼，仪表板一直停留在主屏幕上。”

很快，仪表板与斯普林菲尔德的紧急行动中心共享，芝加哥的国家气象局用它从堤防状态的角度来了解实际情况。它被用来向州长、部门负责人、州参议员和美国参议员通报情况。

最终，仪表板汇总并整合了为不同机构工作的 10 到 15 名 GIS 分析师的数据。WIU 学生与专家一起工作。IEMA 的 GIS 专家 Pam Brooks 已经与其他机构的 GIS 人员建立了关系，并能够帮助协调合作。

“无论是需要创建特定的地图元素还是需要更新各种数据集，我们都会参与其中”

在每天早上的简报会上，团队讨论了仪表板上的任何状态变化。例如，美国陆军工程兵团的代表会通知小组任何堤防马裤或上衣，或处于谨慎状态的堤防。

学生们会跟踪住所位置等详细信息，因为有时如果堤坝发生故障，住所必须搬迁。及时更新这些信息对于确保撤离人员有地方可去至关重要。

“我们会收到添加一些东西的请求，比如雷达的天气覆盖，学生们会研究并找到最好的实时数据添加到仪表板”

3 难忘的体验

学生们从这些活动中获得了丰富的学习经验，沉浸在各种 GIS 工具的使用中，并且需要在危机期间快速提供答案。

“一天晚上，就在我们准备回家过夜时，一条堤坝刚刚越过，我们接到了一个电话。” “所以每个人都放下他们的包，然后再挖回去。那天晚上我们在那里又呆了几个小时。”

洪水事件为学生提供了在使用 GIS 的快节奏、高风险的应急响应世界中的重要实践，GIS 是该技术的一种常见且重要的应用。

“这绝对是我工作过的压力最大的工作环境，”WIU 气象学专业学生伊恩·斯特恩斯 (Ian Stearns) 说。“能够学习如何控制正在发生的所有事情的压力，你必须做出的所有决定，对我来说真的很有帮助。”

放置在堤坝顶部的沙袋和木板帮助拯救了农民的田地。（照片由查德·斯佩里提供）

尽管 2019 年的洪水创造了许多新记录——持续时间更长、洪水更高——但斯佩里表示，损失低于预期。

“我们在天空中有一双眼睛，能够预测而不仅仅是做出反应。我们没有在夜间醒来发现堤坝破裂，而是在 GIS 预测它会破裂的地方部署了沙袋工作。我们知道降雨模型和仪表模型会带来什么。因此，技术在最大限度地减少影响方面确实得到了很多赞誉。”