3S技术在水利信息化中的应用与展望

【技术应用】

3S技术在水利信息化中的应用与展望

毛广元,李　宁,赵　莹

(内蒙古水利科学研究院,内蒙古呼和浩特010020)

〔摘　要〕　GIS(地理信息系统)是近年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。在计算机软硬件技术支持下对信息进行采集、存贮、查询、综合分析和输出,并为用户提供决策支持的综合性技术。GIS技术在水利行业的应用相对滞后,80年代后期才有一些科研院所和高等院校开始接触和应用。〔关键词〕　3S技术;水资源管理;应用

中图分类号:TV51　　文章标识码:B　　文章编号:1009-0088(2009)06-0084-02　　GPS是一种可以定时与测距的空间交汇的导航系统,通过接收卫星信息来给出(记录)地球上任意地点的三维坐标以及载体的运行速度,同时它还可给出准确的时间信息,具有记录地物属性的功能。90年代以后,GPS技术开始应用在水利行业中。

RS是数据获取与更新基础;坐标定位、局部监测是GPS的主要功能;数据存储、管理、分析、可视化是GIS的基本功能;计算机技术是3S技术的根基;网络是3S的翅膀;水利应用科学技术是3S发展的动力。3S技术在水利行业中广泛地应用于调压平贴紧,但不宜将膜拉得过紧,一般要略松一点,留有余度约

1.5%为宜。不能在膜底留有气泡,因为土工膜比较轻薄,铺好

查、监测、管理、评估等方面。具体地应用在水资源调查、水环境评估、防洪防汛、水土保持、河口演变、水利工程选址、水库移民等方面的工作。

1　3S技术在水利信息化中的应用现状

3S技术在水利行业的应用相对滞后,先是与科研院所及高等院校合作,随后是自己都有一班人马,掌握了这项技术的应用。较长一段时间内,大多数部门的应用水平仅限于对数据的管理,主要是发挥它的数据存储、查询、统计和图形显示的功能10cm),夹折叠3层土工膜外压钢条,通过膨胀螺栓将土工膜固

定。螺栓和钢板刷3层防锈漆。

后遇风极易被吹动,故一次铺膜面积不宜太大,最好边铺膜边盖保护土料。复合土工膜拼接分2个步骤进行。上下层无纺布接缝用手提缝纫机、尼龙线进行双道缝接。其搭接宽度为

10cm。中间PE膜采用自动调温电热模式双道塑料热合机现场

5　复合土工膜在水库防渗工程应用中几个问题

5.1　复合土工膜施工质量控制问题

焊接。焊前要求试焊确定好施工参数后再进行正式现场焊接;拼接焊缝2条,每条宽10mm,2条焊缝间留有10mm空腔,用此空腔检查其焊缝质量。

4.4　保护层及护面

复合土工膜焊接完成并报验合格后,及时在膜上均铺

10cm厚过筛土料,找平拍实,保证干容重在1.5g/cm以上,随

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时取样检验,回填保护层及砌筑块石护面时,要轻放以免撞破土工膜,在块石下面过筛土料层上加铺10cm砂砾石垫层兼作反滤层。干砌块石采用人工挂线铺砌,石块应紧密嵌固,空隙均用小块石充填。

4.5　周边接界处理

复合土工膜周边接界处理包括坝顶、坝脚锚固,与输水洞等刚性建筑物连接。从而封堵渗流入口,截断侧向渗漏路径,防止渗水土工膜底面,形成水泡,在库水位下降时胀破土工膜,坝顶锚固采用在坝顶防浪墙基础底部嵌固足够长度复合土工膜,其结构形成为口宽35cm×35cm三角槽,槽内填土夯实。

坝脚沿坝轴线开挖至截水墙以下,口宽3.0m×1.5m(深)1条沟槽,铺膜后沟槽内填土夯实。钢性建筑物连接采用分隔20cm打孔安装膨胀螺栓固定双层橡皮压条(厚5mm×宽

①材料进场前应委托有资质检测机构抽检复合土工膜各

项性能指标均满足设计要求。使进场材料质量有保证。②施工过程中严格按施工技术要求进行。尽管如此,由于土工膜力学强度不高,易破损。在施工中如果受损或薄膜产品质量不好,都会造成渗漏。土工膜防渗体可能因薄膜下气泡或液体压力作用而被局部托起,也可能因薄膜铺设不合理等原因造成滑坡失稳。③由于土工膜抗紫外线能力较差,在施工和储存中应避免暴露在阳光下直射,以免发生老化。5.2　对复合土工膜基面土层性质的认识问题

设计及施工中应避免采用粘性土作为复合土工膜基面,有人认为粘性土基面即可作垫层保护土工膜,又可对防渗起双层保险作用。实际上防渗和垫层应区别开来,防渗由于土工膜承担已足够,而基面垫层主要起维护土工膜稳定及保护土工膜不被顶破作用。因此垫层应采用透水沙砾料,可达到保护和排水双重作用,避免了土工膜因可能反面渗透压力导致土工膜防渗

(编校:常淑英)体滑动失稳。

收稿日期:2009-09-21

作者简介:王双喜,男,高级工程师,现从事水利工程施工、监理工作。

3S技术在水利信息化中的应用与展望　毛广元等

也就是说只发挥了3S技术最低层次的功能。直到90年代后期,才在某些领域和少数单位,开始将它作为分析、模拟、决策和预测的强有力工具。21世纪是信息时代,信息资源是重要的战略资源。信息中空间信息占80%。而水利行业,这一比例还要更高一些。3S技术就像一座多功能水库,对信息起着集中、调节和净化的作用,它兼容并蓄各种来源的信息,按地理空间坐标进行数据管理、查询和检索,通过地学分析、空间分析、相关分析、模拟和预测等手段进行科学加工与决策,提供多层次和多功能的信息服务。因此3S技术在水利信息化也就是水利现代化中起着并将继续起着至关重要的作用。

虽然3S技术在国内水利行业的应用起步较晚,但是由于国家政策上的引导,并且国内水利用户技术储备和技术都达到了一定的层次,同时又借助世界上最先进和成熟的3S技术,所以发展势头迅猛,速度很快。3S技术主要应用在以下方面。1.1　防洪减灾的应用

(1)防汛决策支持系统,主要功能包括:空间数据管理,包括查询、检索、更新、和维护,利用空间分析能力为防汛指挥决策提供辅助支持,为各类应用模型提供数据;优化模型参数,预报预测,防汛信息及决策方案的可视化表达。(2)灾情评估,主要包括以下几方面的内容:①灾前评估:可能造成的经济损失,可能的受灾人口(涉及社会因素),迁安能力(人数、道路、车辆调度),重点保护区(交通大动脉、重要工业基地、军事要地),抢险物资储运;②灾中评估:确定灾情及发展趋势,救灾物数量与运输路线,为后继洪水调度方案决策提供依据,迁安人员的安置,灾后重建的准备;③灾后评估:上报损失的核实,为防洪规划提供信息,为灾后重建提供方案。1.2　水资源管理

在水资源管理系统中3S发挥的作用大致有以下几个方面:历史数据管理和实时数据的动态管理;信息的空间与属性双向查询;时空统计;以多种方式直观地可视化表达各类信息的空间分布及动态变化过程;区域水资源的空间分析;区域水资源管理模式区划:如地下水禁采与限采区划、水环境区划等。1.3　水土保持

3S在水土保持中的的应用是比较全面的,是全过程的应用。从土壤侵蚀发生与否的判断、侵蚀强度划分、侵蚀量的计算、流域泥沙输移,水保措施的效益评价,一直到土壤侵蚀过程的模拟与预测,3S始终在技术上起着支撑作用。所以与其它领域比较,水土保持中一些应用模型大多与3S紧密结合。1.4　水利水电工程建设和管理

3S是水利水电工程选址、规划、乃至设计、施工管理中十分重要的工具,例如移民安置地环境容量调查、调水工程选线及环境影响评价、梯级开发的淹没调查、水库高水位运行的淹没调查、大中型水利工程的环境影响评价、防洪规划、大型水利水电工程抗震安全、河道管理、大型水利水电工程物科贮运管理、蓄滞洪区规划与建设等。

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2　应用前景与展望

3S技术在水利信息化中的发展不仅与计算机硬件和操作

与自动成像等技术的发展是紧密相关的,而且与水利行业信息化的进程,尤其是数字化的进程紧密相关。

在以信息化带动水利现代化的战略方针指导下,3S在水利行业的应用将“无孔不入”,而且迅速地占领管理和决策层面,并且势必作为基础技术支撑,进入数字流域或数字水利的框架。在技术上已经发展并逐步成熟,而且在水利行业开始应用的主要有以下几个趋势。2.1　网络化

在网络技术和环境日趋成熟和完善的时代,水利部门要借助网络技术,充分利用网络资源,实现资源共享,这就要求3S系统支持B/S、C/S模式,支持Internet/Intranet技术,实现网络化。

2.2　集成性水利信息化进程中的3S技术在实际应用中不仅要通过数据接口将RS、GIS、GPS严格地、紧密地、系统地集合起来,使其成为一个更具有应用价值的大系统,往往还要跟其他的诸如MIS或OA等系统紧密结合,方可满足需求。因此,3S技术与外部系统无缝集成是必然的发展趋势。2.3　以数学模型和决策分析为支撑

对于水利工作者来说,仅对图形进行简单的浏览、查询是没有太大意义的。如何要让3S在水利行业发挥出更大的作用,就要利用3S软件特有的专业分析功能。水利行业要求3S系统平台提供专业的分析算法和专业模型,以便对各种水利数据进行深层次的分析,使系统具有辅助决策支持功能,为有关部门提供科学的计算结果和决策依据。2.4　实时三维和虚拟现实技术

水利上很多问题是时间序列问题、动态监测及过程问题。因此,加上时间维的3S技术应用需求很广。三维尤其是实时的三维3S系统为各种水利信息提供了更为直观的表现方式。在调水线路沿线贯穿飞行、城市及蓄滞区洪水演进、水利工程布置、大坝及堤防等工情信息的表达、地面与地下结合的地质构造描述、水流流动的三维表现、厂房或结构内部的描述、库区的描述、宏观地形地貌表现、通视性分析等等方面使用得特别多或者是特别有前景,而且它也是虚拟或仿真的基础。

VR-GIS技术是虚拟现实技术与3S技术的结合,专门用于研究地学或以地球系统为对象的虚拟现实技术。应用VR-GIS技术进行模拟试验时必须要了解对象的机制,并建立模型(数理或概念模型)或采用人工智能及可视化技术,此外还必须进行实验分析和验证。

总之,要在水利行业更好地应用和发展3S技术,必须在进一步加强标准化、规范化的基础上,大力开展基础数据库的建设、尤其是富有水利行业特色的数据库,如蓄滞洪区空间展布式社会经济数据库、雨情和水情数据库、水旱灾情数据库等等。此外还要加快提高3S技术的应用水平,充分发挥3S现有的和潜在的功能,并且与网络计算机等高新技术以及水利行业本身的技术紧密地结合在一起。为水利信息化和现代化作出它应

(编校:张竹琴)有的科技贡献。

收稿日期:2009-08-12

系统、元数据库的建设、数据仓库、数据挖掘、网络、数据库管理