3S測(cè)量技術(shù)在鬧德海水庫(kù)泥沙測(cè)量中的應(yīng)用

于 立，王 鑫，南向東

(遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局，遼寧 阜新 123000)

3S測(cè)量技術(shù)在鬧德海水庫(kù)泥沙測(cè)量中的應(yīng)用

于 立，王 鑫，南向東

(遼寧省鬧德海水庫(kù)管理局，遼寧 阜新 123000)

文章介紹了利用3S技術(shù)測(cè)量方法對(duì)鬧德海水庫(kù)泥沙淤積及庫(kù)容測(cè)量工作進(jìn)行測(cè)量，并對(duì)比了3S測(cè)量方法和傳統(tǒng)測(cè)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)。將3S技術(shù)應(yīng)用于水庫(kù)泥沙淤積和庫(kù)容測(cè)量，會(huì)在水庫(kù)防災(zāi)減災(zāi)、水資源開發(fā)利用以及水利工程管理等方面發(fā)揮重要作用。

鬧德海；水庫(kù)；3S技術(shù)；測(cè)量

1 鬧德海水庫(kù)概況

鬧德海水庫(kù)位于柳河上游，遼寧省彰武縣滿堂紅鄉(xiāng)境內(nèi)，與內(nèi)蒙古自治區(qū)庫(kù)倫旗交接，現(xiàn)在是柳河上僅有一座大(2)型控制性水利工程。壩址以上河長(zhǎng)155km，占柳河全長(zhǎng)的52%，控制流域面積4051km2，占柳河流域面積的59%。水庫(kù)上游主要有3條支流：扣河子河、烏根稿河和養(yǎng)畜牧河。水庫(kù)工程始建于1938年，建成于1942年(當(dāng)時(shí)稱之為“鬧得海堰堤”)，歷經(jīng)1965年加固、1970年改擴(kuò)建、1994年和2010年除險(xiǎn)加固，防洪標(biāo)準(zhǔn)達(dá)到了百年設(shè)計(jì)、千年校核，已由單一的防洪滯沙工程逐步成為了防洪、灌溉、城市供水等綜合利用的水利工程。

水庫(kù)主壩為混凝土重力壩，主要組成部分為擋水壩段、溢流壩段、排沙中孔、排沙底孔等。大壩長(zhǎng)167m，壩頂寬5m，最大壩高44.5m，壩頂高程194m；中間為開敞式溢流堰，堰頂高程181.5m；壩體內(nèi)158.5m高程設(shè)有檢查廊道；163m高程設(shè)有2個(gè)排沙中孔、斷面尺寸為1.7×1.85m，151m高程設(shè)有5個(gè)排沙底孔，斷面尺寸為1.7×2.35m，各孔均安裝了工作閘門(平板鋼閘門)，采用一門一機(jī)(固定卷?yè)P(yáng)機(jī)式啟閉機(jī))啟閉，7孔共用一套檢修閘門(平面滑動(dòng)鋼閘門)。大壩上游右岸設(shè)有直徑3m的輸水洞，洞長(zhǎng)450m，自1994年底，水庫(kù)開始通過該輸水洞向阜新市輸水，承擔(dān)著阜新市生產(chǎn)、生活近1/3的供水任務(wù)，是阜新市城市發(fā)展的重要水源地。

作為柳河上僅有已建的控制性水利工程，多年來，對(duì)削減洪峰、減輕下游洪澇災(zāi)害發(fā)揮了重要作用，確保了下游彰武、新民縣城、農(nóng)田、鐵路、公路以及輸油管線的安全。

2 傳統(tǒng)測(cè)量方法

鬧德海水庫(kù)由水利部確定為全國(guó)21座重點(diǎn)水文泥沙觀測(cè)研究水庫(kù)之一,每年向全國(guó)重點(diǎn)水庫(kù)水文泥沙觀測(cè)研究協(xié)作組上報(bào)庫(kù)容沖淤變化資料。長(zhǎng)期以來，鬧德海水庫(kù)庫(kù)容、泥沙淤積測(cè)量利用經(jīng)緯儀、水準(zhǔn)儀、全站儀測(cè)定，現(xiàn)在使用全站儀進(jìn)行測(cè)量。全站儀采集外業(yè)測(cè)量數(shù)據(jù),利用已知三維坐標(biāo)點(diǎn)的大斷面測(cè)量樁，進(jìn)行建站測(cè)量。在任何一個(gè)樁點(diǎn)架設(shè)全站儀建站，瞄準(zhǔn)對(duì)面的樁點(diǎn)梭鏡進(jìn)行測(cè)量，司儀器的用對(duì)講機(jī)對(duì)跑鏡的人員進(jìn)行方向控制，偏離視準(zhǔn)線很小，否則全站儀不能進(jìn)行施測(cè)。測(cè)完斷面之后將全站儀的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到記事本中，用Excel將記事本中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入，之后進(jìn)行坐標(biāo)平移，即減去初始坐標(biāo)值，將坐標(biāo)原點(diǎn)移到樁點(diǎn)上。利用勾股定理將三維坐標(biāo)換算所需的二維坐標(biāo)，就可以用Excel繪制斷面圖了。所得數(shù)據(jù)以Excel格式存貯，在計(jì)算庫(kù)容時(shí)用軟件直接讀取。

3 3S技術(shù)的含義

“3S”技術(shù)是遙感系統(tǒng)(RS)、全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS )和地理信息系統(tǒng)(GIS )這3種技術(shù)名詞中最后一個(gè)單詞字母的統(tǒng)稱，是為基礎(chǔ)的決策支撐技術(shù)系統(tǒng)所組成的新信息技術(shù)，其技術(shù)思想不僅僅單獨(dú)追求技術(shù)措施的精確，更為重要的是它可以在水利信息化中準(zhǔn)確地進(jìn)行洪水、泥沙、水資源調(diào)度的預(yù)測(cè)，可以使水庫(kù)供水、防洪、排沙等有機(jī)統(tǒng)一[1]。

遙感(RS)技術(shù)是一種衛(wèi)星遙感技術(shù)，是數(shù)據(jù)獲取與更新的基礎(chǔ)，可以不直接接觸目標(biāo)或現(xiàn)象就能收集信息，并據(jù)此進(jìn)行識(shí)別與分類。即在地球不同高度平臺(tái)上使用某種傳感器，收集地球各類地物反射或發(fā)射的電磁波信息，對(duì)這些電磁波信息進(jìn)行加工處理，用特殊方法判讀解譯,從而達(dá)到識(shí)別、分類的目的，可以具體的應(yīng)用在水環(huán)境評(píng)估、河口演變、防洪防汛、水資源調(diào)查、水土保持、水利工程選址等方面的工作。

地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)是近年來發(fā)展起來的對(duì)地理環(huán)境有關(guān)問題進(jìn)行分析和研究的一種空間信息管理信息系統(tǒng)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下對(duì)空間信息進(jìn)行錄入、編輯、判讀存儲(chǔ)、查詢、顯示和綜合分析應(yīng)用,并為用戶提供決策支持的綜合性技術(shù)。

全球定位系統(tǒng)(GPS)技術(shù)是一種全新的現(xiàn)代定位方法，具有多功能、高效率、高精度的特點(diǎn)，可在全球任意地點(diǎn)，為任意多個(gè)用戶同時(shí)提供幾乎是瞬時(shí)的三維測(cè)速、三維定位服務(wù)，極大地改變了傳統(tǒng)的定位技術(shù)和導(dǎo)航技術(shù)，并已逐漸在越來越多的領(lǐng)域中取代了常規(guī)光學(xué)和電子儀器[2]。

4 3S測(cè)量技術(shù)的應(yīng)用

4.1 獲取水文信息以用于計(jì)算

利用衛(wèi)星遙感圖像獲取所需鬧德海水庫(kù)水文信息，以衛(wèi)星遙感方法獲得的水庫(kù)地理信息后，可以通過地理信息系統(tǒng)提取需要的水庫(kù)專題圖像，經(jīng)過計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換，將獲取的遙感信息作為信息源提供給GIS。

利用鬧德海水庫(kù)已有的電子地圖資料(對(duì)非電子格式要進(jìn)行數(shù)字化)和圖像資料，提取高程數(shù)據(jù)建立數(shù)字高程模型(DEM)，并對(duì)遙感圖像進(jìn)行幾何配準(zhǔn)和校正。產(chǎn)生數(shù)字高程模型后，可利用GIS軟件進(jìn)行等高線計(jì)算、水面面積和體積計(jì)算、沖淤量計(jì)算、坡度坡向的分析和計(jì)算等[3]。

4.2 遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)水情

遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)就是對(duì)同一區(qū)域運(yùn)用不同時(shí)相的遙感圖像,以獲得區(qū)域變化的遙感影像。動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè)已成為遙感應(yīng)用的1個(gè)主要方面，多時(shí)相、多種類型的傳感器對(duì)鬧德海水庫(kù)庫(kù)區(qū)內(nèi)進(jìn)行定期的調(diào)查，可以及時(shí)、準(zhǔn)確、宏觀地反映水庫(kù)水情情況。利用數(shù)字遙感技術(shù)實(shí)現(xiàn)隨時(shí)間變化的枯水期、豐水期的水域變化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和水域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為防洪、抗洪、水資源合理調(diào)度提供科學(xué)依據(jù)。

4.3 水下遙感沖淤變化分析

根據(jù)紅外波段的水體輻射率明顯低于其他地物，選用1個(gè)合適的紅外波段，定出其水體的閾值，高于該值，即為非水體，利用此原理即可測(cè)出水庫(kù)的水位值，還可以利用衛(wèi)星資料綠、紅和紅外波段的綜合信息來求取綠色系數(shù)和紅色系數(shù)，從而確定水體面積。

如果將GIS與水深遙感技術(shù)相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)水下地形圖數(shù)字化，可以很容易地得到所測(cè)不同時(shí)段的沖淤分布、水域不同沖刷深度(或淤積厚度)。GIS實(shí)際應(yīng)用中可以計(jì)算曲率、距離、表面積、周長(zhǎng)等，利用DEM模型可以快速得到某點(diǎn)的高程。

鬧德海水庫(kù)排沙方案分析主要是沖淤分析，GIS利用DEM模型數(shù)據(jù)能立即計(jì)算出各個(gè)沖淤監(jiān)測(cè)斷面間的沖淤量，不但便捷且精度大為升高。水庫(kù)某斷面圖的繪制、某地沖淤過程的累積圖等，可直接從圖上提取數(shù)據(jù)并自動(dòng)繪制成圖。GIS技術(shù)用于水下地形的沖淤變化分析比傳統(tǒng)分析方法更加科學(xué)合理、精確度高。

5 結(jié) 語(yǔ)

水利測(cè)量數(shù)字化是當(dāng)今社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)，而測(cè)量數(shù)字化離不開3S技術(shù)。隨著衛(wèi)星、遙感及雷達(dá)等技術(shù)和地理信息系統(tǒng)的使用，可提供更多多元化的信息?？偠灾?，如果將3S技術(shù)應(yīng)用到水庫(kù)泥沙淤積和庫(kù)容測(cè)量，會(huì)在水庫(kù)防災(zāi)減災(zāi)、水資源開發(fā)利用以及水利工程管理等方面發(fā)揮重要的作用。

[1]閆新，楊永輝.3S技術(shù)在水利建設(shè)領(lǐng)域中的應(yīng)用探討[J].黑龍江水利科技，2008，36(02)：55-56.

[2]毛廣元，李寧，趙瑩.3S技術(shù)在水利信息化中的應(yīng)用與展望[J].內(nèi)蒙古水利，2009(06)：84-85.

[3]黎三喜.水利工程中GPS靜態(tài)測(cè)量探討[J].甘肅水利水電技術(shù)，2009，45(10)：22.

1007-7596(2014)03-0103-02

2013-08-16

于立(1981-)，男，遼寧朝陽(yáng)人，工程師，從事水利工程管理工作；王鑫(1983-)，女，遼寧鐵嶺人，工程師，從事水利工程管理工作；南向東(1979-)，男，遼寧彰武人，助理工程師，從事水利工程管理工作。

TV221

B