3S测量技术在闹德海水库泥沙测量中的应用

2014-04-05南向东

黑龙江水利科技 2014年3期

关键词：排沙全站仪泥沙

于立，王鑫，南向东

(辽宁省闹德海水库管理局，辽宁阜新 123000)

3S测量技术在闹德海水库泥沙测量中的应用

于立，王鑫，南向东

(辽宁省闹德海水库管理局，辽宁阜新 123000)

文章介绍了利用3S技术测量方法对闹德海水库泥沙淤积及库容测量工作进行测量，并对比了3S测量方法和传统测量方法的优缺点。将3S技术应用于水库泥沙淤积和库容测量，会在水库防灾减灾、水资源开发利用以及水利工程管理等方面发挥重要作用。

闹德海；水库；3S技术；测量

1 闹德海水库概况

闹德海水库位于柳河上游，辽宁省彰武县满堂红乡境内，与内蒙古自治区库伦旗交接，现在是柳河上仅有一座大(2)型控制性水利工程。坝址以上河长155km，占柳河全长的52%，控制流域面积4051km2，占柳河流域面积的59%。水库上游主要有3条支流：扣河子河、乌根稿河和养畜牧河。水库工程始建于1938年，建成于1942年(当时称之为“闹得海堰堤”)，历经1965年加固、1970年改扩建、1994年和2010年除险加固，防洪标准达到了百年设计、千年校核，已由单一的防洪滞沙工程逐步成为了防洪、灌溉、城市供水等综合利用的水利工程。

水库主坝为混凝土重力坝，主要组成部分为挡水坝段、溢流坝段、排沙中孔、排沙底孔等。大坝长167m，坝顶宽5m，最大坝高44.5m，坝顶高程194m；中间为开敞式溢流堰，堰顶高程181.5m；坝体内158.5m高程设有检查廊道；163m高程设有2个排沙中孔、断面尺寸为1.7×1.85m，151m高程设有5个排沙底孔，断面尺寸为1.7×2.35m，各孔均安装了工作闸门(平板钢闸门)，采用一门一机(固定卷扬机式启闭机)启闭，7孔共用一套检修闸门(平面滑动钢闸门)。大坝上游右岸设有直径3m的输水洞，洞长450m，自1994年底，水库开始通过该输水洞向阜新市输水，承担着阜新市生产、生活近1/3的供水任务，是阜新市城市发展的重要水源地。

作为柳河上仅有已建的控制性水利工程，多年来，对削减洪峰、减轻下游洪涝灾害发挥了重要作用，确保了下游彰武、新民县城、农田、铁路、公路以及输油管线的安全。

2 传统测量方法

闹德海水库由水利部确定为全国21座重点水文泥沙观测研究水库之一,每年向全国重点水库水文泥沙观测研究协作组上报库容冲淤变化资料。长期以来，闹德海水库库容、泥沙淤积测量利用经纬仪、水准仪、全站仪测定，现在使用全站仪进行测量。全站仪采集外业测量数据,利用已知三维坐标点的大断面测量桩，进行建站测量。在任何一个桩点架设全站仪建站，瞄准对面的桩点梭镜进行测量，司仪器的用对讲机对跑镜的人员进行方向控制，偏离视准线很小，否则全站仪不能进行施测。测完断面之后将全站仪的数据导入到记事本中，用Excel将记事本中的数据导入，之后进行坐标平移，即减去初始坐标值，将坐标原点移到桩点上。利用勾股定理将三维坐标换算所需的二维坐标，就可以用Excel绘制断面图了。所得数据以Excel格式存贮，在计算库容时用软件直接读取。

3 3S技术的含义

“3S”技术是遥感系统(RS)、全球卫星定位系统(GPS )和地理信息系统(GIS )这3种技术名词中最后一个单词字母的统称，是为基础的决策支撑技术系统所组成的新信息技术，其技术思想不仅仅单独追求技术措施的精确，更为重要的是它可以在水利信息化中准确地进行洪水、泥沙、水资源调度的预测，可以使水库供水、防洪、排沙等有机统一[1]。

遥感(RS)技术是一种卫星遥感技术，是数据获取与更新的基础，可以不直接接触目标或现象就能收集信息，并据此进行识别与分类。即在地球不同高度平台上使用某种传感器，收集地球各类地物反射或发射的电磁波信息，对这些电磁波信息进行加工处理，用特殊方法判读解译,从而达到识别、分类的目的，可以具体的应用在水环境评估、河口演变、防洪防汛、水资源调查、水土保持、水利工程选址等方面的工作。

地理信息系统(GIS)技术是近年来发展起来的对地理环境有关问题进行分析和研究的一种空间信息管理信息系统，在计算机软硬件的支持下对空间信息进行录入、编辑、判读存储、查询、显示和综合分析应用,并为用户提供决策支持的综合性技术。

全球定位系统(GPS)技术是一种全新的现代定位方法，具有多功能、高效率、高精度的特点，可在全球任意地点，为任意多个用户同时提供几乎是瞬时的三维测速、三维定位服务，极大地改变了传统的定位技术和导航技术，并已逐渐在越来越多的领域中取代了常规光学和电子仪器[2]。

4 3S测量技术的应用

4.1 获取水文信息以用于计算

利用卫星遥感图像获取所需闹德海水库水文信息，以卫星遥感方法获得的水库地理信息后，可以通过地理信息系统提取需要的水库专题图像，经过计算机数据结构的转换，将获取的遥感信息作为信息源提供给GIS。

利用闹德海水库已有的电子地图资料(对非电子格式要进行数字化)和图像资料，提取高程数据建立数字高程模型(DEM)，并对遥感图像进行几何配准和校正。产生数字高程模型后，可利用GIS软件进行等高线计算、水面面积和体积计算、冲淤量计算、坡度坡向的分析和计算等[3]。

4.2 遥感动态监测水情

遥感动态监测就是对同一区域运用不同时相的遥感图像,以获得区域变化的遥感影像。动态变化监测已成为遥感应用的1个主要方面，多时相、多种类型的传感器对闹德海水库库区内进行定期的调查，可以及时、准确、宏观地反映水库水情情况。利用数字遥感技术实现随时间变化的枯水期、丰水期的水域变化的动态监测和水域动态监测，为防洪、抗洪、水资源合理调度提供科学依据。

4.3 水下遥感冲淤变化分析

根据红外波段的水体辐射率明显低于其他地物，选用1个合适的红外波段，定出其水体的阈值，高于该值，即为非水体，利用此原理即可测出水库的水位值，还可以利用卫星资料绿、红和红外波段的综合信息来求取绿色系数和红色系数，从而确定水体面积。

如果将GIS与水深遥感技术相结合，可实现水下地形图数字化，可以很容易地得到所测不同时段的冲淤分布、水域不同冲刷深度(或淤积厚度)。GIS实际应用中可以计算曲率、距离、表面积、周长等，利用DEM模型可以快速得到某点的高程。

闹德海水库排沙方案分析主要是冲淤分析，GIS利用DEM模型数据能立即计算出各个冲淤监测断面间的冲淤量，不但便捷且精度大为升高。水库某断面图的绘制、某地冲淤过程的累积图等，可直接从图上提取数据并自动绘制成图。GIS技术用于水下地形的冲淤变化分析比传统分析方法更加科学合理、精确度高。