3S 技術(shù)在水庫(kù)管理中應(yīng)用研究

楊琦明

(遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，沈陽(yáng)110006)

1 概述3S 技術(shù)

1.1 GPS(全球定位系統(tǒng))

使用數(shù)顆中距離圓形軌道定位衛(wèi)星，在全世界范圍內(nèi)隨時(shí)隨地進(jìn)行坐標(biāo)定位、路線導(dǎo)航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱GPS。自GPS 建立以及投入使用以來(lái)，在各個(gè)等級(jí)的大地測(cè)量，控制測(cè)量、線路放樣、水下地形測(cè)量、大范圍形變監(jiān)測(cè)及大型建筑物變形監(jiān)測(cè)、工程機(jī)械控制、精細(xì)農(nóng)業(yè)以及船舶，汽車，飛機(jī)等各種運(yùn)動(dòng)物體的定位導(dǎo)航等各種領(lǐng)域里都有廣泛的應(yīng)用。

1.2 RS(遙感技術(shù))

遙感是應(yīng)用探測(cè)儀器，不與所探測(cè)目標(biāo)接觸，自遠(yuǎn)處將探測(cè)目標(biāo)的電磁波特性記錄下來(lái)，運(yùn)用各種分析手段，揭示出物體的特征性質(zhì)以及其變化的綜合性探測(cè)技術(shù)。目前遙感技術(shù)已經(jīng)成為地理信息的重要獲取手段及相關(guān)工作的主要獲取源。

1.3 GIS(地理信息系統(tǒng))

地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System 或Geo－Information system，GIS)有時(shí)又稱為地理信息科學(xué)(Geographic Information Science)。它是以地理信息、地圖學(xué)為基礎(chǔ)，通過(guò)應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)城市、區(qū)域、環(huán)境、資源、人口、交通、土地、住房、規(guī)劃管理和基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域的相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行提取、分析、處理、存儲(chǔ)和管理的一門綜合性學(xué)科［1］。

2 3S 技術(shù)的應(yīng)用

2.1 GPS 在大壩變形監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

GPS 變形監(jiān)測(cè)可分為周期性監(jiān)測(cè)和連續(xù)性監(jiān)測(cè)，GPS 周期性監(jiān)測(cè)和傳統(tǒng)的變形監(jiān)測(cè)類似，連續(xù)性監(jiān)測(cè)是利用GPS 技術(shù)，無(wú)線通信技術(shù)，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，計(jì)算機(jī)處理技術(shù)等相結(jié)合的處理方法。連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一般包括以下幾個(gè)部分:

1)數(shù)據(jù)采集:即GPS 數(shù)據(jù)采集分基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)。采用GPS 進(jìn)行變形監(jiān)測(cè)時(shí)，為了提高采集數(shù)據(jù)的可靠性及精度，通常選擇數(shù)個(gè)監(jiān)測(cè)基點(diǎn)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)要選擇在能夠充分反映大壩變形的部位。

2)數(shù)據(jù)傳輸:即基準(zhǔn)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集的GPS 數(shù)據(jù)，通過(guò)無(wú)線電通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸給控制中心。

3)數(shù)據(jù)處理:即利用計(jì)算機(jī)處理技術(shù)和相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)控制中心的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、分析、存儲(chǔ)和管理。

大壩變形監(jiān)測(cè)包括水平位移觀測(cè)、垂直位移(沉陷)觀測(cè)、多維位移觀測(cè)、表面接縫和裂縫監(jiān)測(cè)以及觀測(cè)資料的整編和分析。由于受到水庫(kù)水體的壓力，水庫(kù)大壩可能產(chǎn)生一系列的變形，因此對(duì)大壩的變形進(jìn)行精密而連續(xù)的監(jiān)測(cè)及形變分析是項(xiàng)十分重要的測(cè)繪工作。GPS 精密定位技術(shù)方法不僅滿足了大壩變形監(jiān)測(cè)的精度要求(1.0 ～0.1)×106，而且更加易于實(shí)現(xiàn)變形監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化，智能化。1998 年長(zhǎng)江流域發(fā)生大洪水期間，正是在該系統(tǒng)的支持下達(dá)到最大的蓄水，從而避免了洪峰相遇，對(duì)防洪減災(zāi)起到了巨大的作用。

2.2 RS 在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)是通過(guò)對(duì)遙感圖片的分析，獲得所需監(jiān)測(cè)水體的具體分布、有機(jī)質(zhì)、泥沙、化學(xué)污染等狀態(tài)和水溫、水深等各個(gè)水體元素的信息，進(jìn)而對(duì)監(jiān)測(cè)地區(qū)的水環(huán)境和水資源等做出評(píng)估及預(yù)測(cè)。將遙感技術(shù)應(yīng)用于水環(huán)境監(jiān)測(cè)中后，即可以實(shí)時(shí)對(duì)水體污染源的位置分布、類型進(jìn)行監(jiān)測(cè)又能迅速確定被污染的水體分布范圍。水體及其污染物的各種光譜特性是應(yīng)用遙感技術(shù)進(jìn)行水環(huán)境監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)的基本依據(jù)。

2.2.1 水體富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)

水體富營(yíng)養(yǎng)化是指鉀、磷、氮等元素大量排放到流速慢，更新時(shí)間長(zhǎng)的水體中所引起的水質(zhì)污染現(xiàn)象，這種現(xiàn)象在海中叫做赤潮，在江河湖泊中則被稱為水華。水體富營(yíng)養(yǎng)化遙感監(jiān)測(cè)是通過(guò)分析已獲取的富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)參數(shù)濃度與所監(jiān)測(cè)水體反射、吸收和散射太陽(yáng)輻射能所形成的光譜特征之間的關(guān)系，建立起富營(yíng)養(yǎng)化水質(zhì)參數(shù)的定量遙感反演模型，進(jìn)而通過(guò)一定的算法分析水體各類水質(zhì)參數(shù)之間的相關(guān)性，建立合適的富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)估模型。應(yīng)用遙感技術(shù)來(lái)進(jìn)行庫(kù)區(qū)大范圍的水體富營(yíng)養(yǎng)化監(jiān)測(cè)，具有監(jiān)測(cè)成本低、速度快、范圍廣和便于長(zhǎng)期進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的優(yōu)點(diǎn)，還能發(fā)現(xiàn)某些以常規(guī)方法難以發(fā)現(xiàn)的污染排放源、擴(kuò)散遷移方向以及影響范圍等問(wèn)題。

2.2.2 懸浮固體

水中懸浮固體含量是水環(huán)境監(jiān)測(cè)的重要指標(biāo)之一。水中懸浮固體的含沙量多少不僅直接影響水體顏色、水體的透明度等光學(xué)性質(zhì)，其還可以作為水體污染物的示蹤劑。通常來(lái)說(shuō)，對(duì)可見光遙感而言，0.58 ～0.68 um對(duì)各類泥沙濃度最易出現(xiàn)輻射峰值，即對(duì)水中泥沙反應(yīng)最為敏感，是遙感監(jiān)測(cè)水中懸浮固體的最佳波段。在實(shí)際遙感監(jiān)測(cè)當(dāng)中，應(yīng)選擇與水中懸浮物質(zhì)濃度相關(guān)性最佳波段，并與實(shí)測(cè)懸浮物質(zhì)的數(shù)據(jù)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析，進(jìn)而建立與該懸浮固體濃度相匹配關(guān)系模型，從而進(jìn)行反演得出水中懸浮固體的濃度。

2.3 GIS 在水利工程中的廣泛應(yīng)用

2.3.1 GIS 在水庫(kù)征地和移民分析中的應(yīng)用

通過(guò)建立水庫(kù)研究區(qū)域的數(shù)字高程模型(DEM)，同時(shí)獲取該地區(qū)的遙感圖像數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行立體模型構(gòu)建，再通過(guò)給定的水位高程值以及計(jì)算分析，得出位于水位高程值以下的淹沒(méi)區(qū)域，并對(duì)淹沒(méi)過(guò)程進(jìn)行模擬，得以展示出淹沒(méi)過(guò)程及淹沒(méi)范圍之間的關(guān)系;通過(guò)各種方法分析并確定連通區(qū)域來(lái)計(jì)算水庫(kù)淹沒(méi)面積。結(jié)合研究該地區(qū)的地類地形圖數(shù)據(jù)、居民地地形數(shù)據(jù)分析淹沒(méi)區(qū)的各種土地地類面積及房屋面積，并對(duì)土地和房子做一個(gè)征地移民評(píng)估。還可在建立的地理信息系統(tǒng)中展示出移民安置點(diǎn)位置、高度及其規(guī)劃的具體效果，為水庫(kù)征地移民提供一種高效、直觀、精確的手段，進(jìn)而提高水庫(kù)征地移民工作的科學(xué)性、系統(tǒng)性和前瞻性。

2.3.2 GIS 在水資源管理方面的應(yīng)用

隨著人類社會(huì)的不斷發(fā)展，所需求的資源量日趨增加，而地球上的許多資源不僅總量不多，而且分布非常不均勻，甚至有些資源出現(xiàn)了即將枯竭的情況，成為了制約社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的因素。這對(duì)管理提出了更高的要求。在水利工程建設(shè)和管理過(guò)程中，借助GIS 強(qiáng)大的地理數(shù)據(jù)分析和管理的功能，對(duì)水資源進(jìn)行綜合管理。

3 結(jié) 語(yǔ)

3S 技術(shù)在諸多行業(yè)都有著迅速的發(fā)展，在水利行業(yè)中也取得了一定的進(jìn)步，但是離數(shù)字水利，智能水利的要求還是相差很遠(yuǎn)，為了加快科學(xué)治水的進(jìn)程，提高工作效率，我們還需大力發(fā)展3S 技術(shù)在水庫(kù)中的應(yīng)用和研究。

［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.