3S 技術在水庫管理中應用研究

楊琦明

(遼寧省水利水電勘測設計研究院，沈陽110006)

1 概述3S 技術

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，在全世界范圍內隨時隨地進行坐標定位、路線導航的系統(tǒng)，稱為全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)，簡稱GPS。自GPS 建立以及投入使用以來，在各個等級的大地測量，控制測量、線路放樣、水下地形測量、大范圍形變監(jiān)測及大型建筑物變形監(jiān)測、工程機械控制、精細農(nóng)業(yè)以及船舶，汽車，飛機等各種運動物體的定位導航等各種領域里都有廣泛的應用。

1.2 RS(遙感技術)

遙感是應用探測儀器，不與所探測目標接觸，自遠處將探測目標的電磁波特性記錄下來，運用各種分析手段，揭示出物體的特征性質以及其變化的綜合性探測技術。目前遙感技術已經(jīng)成為地理信息的重要獲取手段及相關工作的主要獲取源。

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)有時又稱為地理信息科學(Geographic Information Science)。它是以地理信息、地圖學為基礎，通過應用計算機技術，對城市、區(qū)域、環(huán)境、資源、人口、交通、土地、住房、規(guī)劃管理和基礎設施等領域的相關問題進行提取、分析、處理、存儲和管理的一門綜合性學科［1］。

2 3S 技術的應用

2.1 GPS 在大壩變形監(jiān)測中的應用

GPS 變形監(jiān)測可分為周期性監(jiān)測和連續(xù)性監(jiān)測，GPS 周期性監(jiān)測和傳統(tǒng)的變形監(jiān)測類似，連續(xù)性監(jiān)測是利用GPS 技術，無線通信技術，互聯(lián)網(wǎng)技術，計算機處理技術等相結合的處理方法。連續(xù)監(jiān)測系統(tǒng)一般包括以下幾個部分:

1)數(shù)據(jù)采集:即GPS 數(shù)據(jù)采集分基準點和監(jiān)測點。采用GPS 進行變形監(jiān)測時，為了提高采集數(shù)據(jù)的可靠性及精度，通常選擇數(shù)個監(jiān)測基點，監(jiān)測點要選擇在能夠充分反映大壩變形的部位。

2)數(shù)據(jù)傳輸:即基準點和監(jiān)測點采集的GPS 數(shù)據(jù)，通過無線電通信技術和互聯(lián)網(wǎng)技術傳輸給控制中心。

3)數(shù)據(jù)處理:即利用計算機處理技術和相應的數(shù)據(jù)處理軟件，對控制中心的數(shù)據(jù)進行處理、分析、存儲和管理。

大壩變形監(jiān)測包括水平位移觀測、垂直位移(沉陷)觀測、多維位移觀測、表面接縫和裂縫監(jiān)測以及觀測資料的整編和分析。由于受到水庫水體的壓力，水庫大壩可能產(chǎn)生一系列的變形，因此對大壩的變形進行精密而連續(xù)的監(jiān)測及形變分析是項十分重要的測繪工作。GPS 精密定位技術方法不僅滿足了大壩變形監(jiān)測的精度要求(1.0 ～0.1)×106，而且更加易于實現(xiàn)變形監(jiān)測的自動化，智能化。1998 年長江流域發(fā)生大洪水期間，正是在該系統(tǒng)的支持下達到最大的蓄水，從而避免了洪峰相遇，對防洪減災起到了巨大的作用。

2.2 RS 在水環(huán)境監(jiān)測中的應用

水環(huán)境遙感監(jiān)測是通過對遙感圖片的分析，獲得所需監(jiān)測水體的具體分布、有機質、泥沙、化學污染等狀態(tài)和水溫、水深等各個水體元素的信息，進而對監(jiān)測地區(qū)的水環(huán)境和水資源等做出評估及預測。將遙感技術應用于水環(huán)境監(jiān)測中后，即可以實時對水體污染源的位置分布、類型進行監(jiān)測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用遙感技術進行水環(huán)境監(jiān)測和評價的基本依據(jù)。

2.2.1 水體富營養(yǎng)化監(jiān)測

水體富營養(yǎng)化是指鉀、磷、氮等元素大量排放到流速慢，更新時間長的水體中所引起的水質污染現(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。水體富營養(yǎng)化遙感監(jiān)測是通過分析已獲取的富營養(yǎng)化水質參數(shù)濃度與所監(jiān)測水體反射、吸收和散射太陽輻射能所形成的光譜特征之間的關系，建立起富營養(yǎng)化水質參數(shù)的定量遙感反演模型，進而通過一定的算法分析水體各類水質參數(shù)之間的相關性，建立合適的富營養(yǎng)化評估模型。應用遙感技術來進行庫區(qū)大范圍的水體富營養(yǎng)化監(jiān)測，具有監(jiān)測成本低、速度快、范圍廣和便于長期進行實時動態(tài)監(jiān)測的優(yōu)點，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、擴散遷移方向以及影響范圍等問題。

2.2.2 懸浮固體

水中懸浮固體含量是水環(huán)境監(jiān)測的重要指標之一。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性質，其還可以作為水體污染物的示蹤劑。通常來說，對可見光遙感而言，0.58 ～0.68 um對各類泥沙濃度最易出現(xiàn)輻射峰值，即對水中泥沙反應最為敏感，是遙感監(jiān)測水中懸浮固體的最佳波段。在實際遙感監(jiān)測當中，應選擇與水中懸浮物質濃度相關性最佳波段，并與實測懸浮物質的數(shù)據(jù)結合起來進行分析，進而建立與該懸浮固體濃度相匹配關系模型，從而進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用

2.3.1 GIS 在水庫征地和移民分析中的應用

通過建立水庫研究區(qū)域的數(shù)字高程模型(DEM)，同時獲取該地區(qū)的遙感圖像數(shù)據(jù)對其進行立體模型構建，再通過給定的水位高程值以及計算分析，得出位于水位高程值以下的淹沒區(qū)域，并對淹沒過程進行模擬，得以展示出淹沒過程及淹沒范圍之間的關系;通過各種方法分析并確定連通區(qū)域來計算水庫淹沒面積。結合研究該地區(qū)的地類地形圖數(shù)據(jù)、居民地地形數(shù)據(jù)分析淹沒區(qū)的各種土地地類面積及房屋面積，并對土地和房子做一個征地移民評估。還可在建立的地理信息系統(tǒng)中展示出移民安置點位置、高度及其規(guī)劃的具體效果，為水庫征地移民提供一種高效、直觀、精確的手段，進而提高水庫征地移民工作的科學性、系統(tǒng)性和前瞻性。

2.3.2 GIS 在水資源管理方面的應用

隨著人類社會的不斷發(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，成為了制約社會和經(jīng)濟發(fā)展的因素。這對管理提出了更高的要求。在水利工程建設和管理過程中，借助GIS 強大的地理數(shù)據(jù)分析和管理的功能，對水資源進行綜合管理。

3 結 語

3S 技術在諸多行業(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步，但是離數(shù)字水利，智能水利的要求還是相差很遠，為了加快科學治水的進程，提高工作效率，我們還需大力發(fā)展3S 技術在水庫中的應用和研究。

［1］閆新，楊永輝.3S 技術在水利建設領域中的應用探討［J］.黑龍江水利科技，2008，36(02):55－56.