3S 技术在水库管理中应用研究

2015-03-21杨琦明

黑龙江水利科技 2015年12期

杨琦明

(辽宁省水利水电勘测设计研究院，沈阳110006)

1 概述3S 技术

1.1 GPS(全球定位系统)

使用数颗中距离圆形轨道定位卫星，在全世界范围内随时随地进行坐标定位、路线导航的系统，称为全球卫星定位系统，简称GPS。自GPS 建立以及投入使用以来，在各个等级的大地测量，控制测量、线路放样、水下地形测量、大范围形变监测及大型建筑物变形监测、工程机械控制、精细农业以及船舶，汽车，飞机等各种运动物体的定位导航等各种领域里都有广泛的应用。

1.2 RS(遥感技术)

遥感是应用探测仪器，不与所探测目标接触，自远处将探测目标的电磁波特性记录下来，运用各种分析手段，揭示出物体的特征性质以及其变化的综合性探测技术。目前遥感技术已经成为地理信息的重要获取手段及相关工作的主要获取源。

1.3 GIS(地理信息系统)

地理信息系统(Geographic Information System 或Geo－Information system，GIS)有时又称为地理信息科学(Geographic Information Science)。它是以地理信息、地图学为基础，通过应用计算机技术，对城市、区域、环境、资源、人口、交通、土地、住房、规划管理和基础设施等领域的相关问题进行提取、分析、处理、存储和管理的一门综合性学科［1］。

2 3S 技术的应用

2.1 GPS 在大坝变形监测中的应用

GPS 变形监测可分为周期性监测和连续性监测，GPS 周期性监测和传统的变形监测类似，连续性监测是利用GPS 技术，无线通信技术，互联网技术，计算机处理技术等相结合的处理方法。连续监测系统一般包括以下几个部分:

1)数据采集:即GPS 数据采集分基准点和监测点。采用GPS 进行变形监测时，为了提高采集数据的可靠性及精度，通常选择数个监测基点，监测点要选择在能够充分反映大坝变形的部位。

2)数据传输:即基准点和监测点采集的GPS 数据，通过无线电通信技术和互联网技术传输给控制中心。

3)数据处理:即利用计算机处理技术和相应的数据处理软件，对控制中心的数据进行处理、分析、存储和管理。

大坝变形监测包括水平位移观测、垂直位移(沉陷)观测、多维位移观测、表面接缝和裂缝监测以及观测资料的整编和分析。由于受到水库水体的压力，水库大坝可能产生一系列的变形，因此对大坝的变形进行精密而连续的监测及形变分析是项十分重要的测绘工作。GPS 精密定位技术方法不仅满足了大坝变形监测的精度要求(1.0 ～0.1)×106，而且更加易于实现变形监测的自动化，智能化。1998 年长江流域发生大洪水期间，正是在该系统的支持下达到最大的蓄水，从而避免了洪峰相遇，对防洪减灾起到了巨大的作用。

2.2 RS 在水环境监测中的应用

水环境遥感监测是通过对遥感图片的分析，获得所需监测水体的具体分布、有机质、泥沙、化学污染等状态和水温、水深等各个水体元素的信息，进而对监测地区的水环境和水资源等做出评估及预测。将遥感技术应用于水环境监测中后，即可以实时对水体污染源的位置分布、类型进行监测又能迅速确定被污染的水体分布范围。水体及其污染物的各种光谱特性是应用遥感技术进行水环境监测和评价的基本依据。

2.2.1 水体富营养化监测

水体富营养化是指钾、磷、氮等元素大量排放到流速慢，更新时间长的水体中所引起的水质污染现象，这种现象在海中叫做赤潮，在江河湖泊中则被称为水华。水体富营养化遥感监测是通过分析已获取的富营养化水质参数浓度与所监测水体反射、吸收和散射太阳辐射能所形成的光谱特征之间的关系，建立起富营养化水质参数的定量遥感反演模型，进而通过一定的算法分析水体各类水质参数之间的相关性，建立合适的富营养化评估模型。应用遥感技术来进行库区大范围的水体富营养化监测，具有监测成本低、速度快、范围广和便于长期进行实时动态监测的优点，还能发现某些以常规方法难以发现的污染排放源、扩散迁移方向以及影响范围等问题。

2.2.2 悬浮固体

水中悬浮固体含量是水环境监测的重要指标之一。水中悬浮固体的含沙量多少不仅直接影响水体颜色、水体的透明度等光学性质，其还可以作为水体污染物的示踪剂。通常来说，对可见光遥感而言，0.58 ～0.68 um对各类泥沙浓度最易出现辐射峰值，即对水中泥沙反应最为敏感，是遥感监测水中悬浮固体的最佳波段。在实际遥感监测当中，应选择与水中悬浮物质浓度相关性最佳波段，并与实测悬浮物质的数据结合起来进行分析，进而建立与该悬浮固体浓度相匹配关系模型，从而进行反演得出水中悬浮固体的浓度。

2.3 GIS 在水利工程中的广泛应用

2.3.1 GIS 在水库征地和移民分析中的应用

通过建立水库研究区域的数字高程模型(DEM)，同时获取该地区的遥感图像数据对其进行立体模型构建，再通过给定的水位高程值以及计算分析，得出位于水位高程值以下的淹没区域，并对淹没过程进行模拟，得以展示出淹没过程及淹没范围之间的关系;通过各种方法分析并确定连通区域来计算水库淹没面积。结合研究该地区的地类地形图数据、居民地地形数据分析淹没区的各种土地地类面积及房屋面积，并对土地和房子做一个征地移民评估。还可在建立的地理信息系统中展示出移民安置点位置、高度及其规划的具体效果，为水库征地移民提供一种高效、直观、精确的手段，进而提高水库征地移民工作的科学性、系统性和前瞻性。

2.3.2 GIS 在水资源管理方面的应用

随着人类社会的不断发展，所需求的资源量日趋增加，而地球上的许多资源不仅总量不多，而且分布非常不均匀，甚至有些资源出现了即将枯竭的情况，成为了制约社会和经济发展的因素。这对管理提出了更高的要求。在水利工程建设和管理过程中，借助GIS 强大的地理数据分析和管理的功能，对水资源进行综合管理。