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数字地球与数字水利
来源:admin    时间:2016-10-08
 发展数字水利来源:
  绝大多数的水利工程都是在地球表面及表层修建的。水利包括的水资源、水环境、防洪抗旱、水土保持、农田水利、河道整治、水利工程等无不与空间地理有密切关系。水利行业自80年代初开始应用遥感(RS)技术,即通过对地观测获取信息。对GIS的使用则始于80年代后期,在经历了认识了解和初步应用这两个阶段后,现已步入深入应用的阶段,且很快就与生产实际紧密地结合起来。全球定位系统(GPS)在水利行业的应用始于90年代初,但发展非常迅速,在地面及水下地形测绘中使用已很普遍。
  尽管作为“数字地球”技术基础的3S(RS ,GIS,GPS)技术在水利行业的应用还远远没有发挥它们的潜力,但已经发挥了重大作用。利用RS和GIS技术,快速准确地为决策部门提供了以下有关灾害、资源、水利规划与管理方面的调查统计数据。
  a. 灾情评估。洪涝灾害淹没耕地及居民地面积、受灾人口和受淹房屋间数;旱情;大面积水体污染和赤潮的影响范围;大面积泥石流、滑坡等山地灾害的影响范围。
  b. 水资源水环境调查。应用遥感资料进行下垫面属性分类,计算其分类面积,选取经验参数及入渗系数。根据多年平均降水量,计算出多年平均地表径流深、入渗补给量。两者之和扣去重复计算的基流量即为多年平均水量,对国内某些流域进行估算的相对误差小于7%,尤其适用于无水文资料地区。此外,根据遥感资料提供的积雪分布(三维)、积雪量、雪面湿度,用融雪径流流域模型估算融雪水资源和流域出流过程的相对误差在10%左右。如有精度较高的数字高程模型(DEM,1∶10000以上),湖泊面积及容量调查也有较高精度。目前已可以对混浊度、pH值、含盐度、BOD和COD等要素做定量监测,对污染带的位置作定性监测。
  c. 土地资源调查。包括:监测水蚀、风蚀等多种类型的土壤侵蚀区的侵蚀面积、数量和强度发展的动态变化;盐碱地、沼泽地、风沙地、山地侵蚀地等劣质土退化地的面积调查与动态监测;土地利用现状调查、耕地面积和滩涂面积调查。
  d. 工程规划与管理。大型水库淹没区实物量估算,库区移民安置环境容量调查,灌溉区实际灌溉面积和有效灌溉面积的调查,水库淤积测量。
  除了提供调查、监测和统计数据外,3S技术作为一种新的技术手段,与传统手段相结合,还在防灾减灾、水资源开发利用以及水利工程规划、建设和管理等方面发挥了重要作用。
  a. 防洪减灾及业务运行。包括:星载和机载侧视合成孔径雷达(SAR)实时监测特大洪水造成的灾情,将信息迅速传送到指挥决策机构;对易发洪灾区和重点防洪地区建立防洪信息系统;旱灾的实时监测;在全球气候变暖、海平面上升以及地下水超采造成地面沉降等情况下,对可能造成的海水入侵的范围作出预估和进行对策研究。
  b. 水资源开发利用研究。包括:利用遥感资料和GIS建立与大气模型耦合的大尺度水文模型,计算出在全球未来气候变化情况下区域水资源的增减;采用细分光谱卫星资料、主动式微波传感器与地球物理、地球化学等多种信息源相结合,以信息系统为支持,分析研究地下储水结构。
  c. 大型水利水电工程及跨流域调水工程对生态环境影响的监测与综合评价。包括:大型水利水电枢纽工程地质条件的遥感调查、技术经济评价及动态监测,流域综合规划;灌区规划;水库上游水土流失调查及对水库淤积的趋势预测,河口泥沙监测和综合治理;河道演变监测;河道、水库、湖泊等水体水质污染遥感动态监测;流域治理效益调查;海岸带综合治理;对施工过程中的坝址进行1∶2000的大比例尺遥感制图,包括坝肩多光谱近景摄影,以研究坝肩裂隙和节理的分布变化情况。
  目前,正在启动的国家防汛指挥系统工程将在数据传输方面采用通信卫星和安全的网络技术;用遥感技术监测洪涝灾害;在七大江河流域建立以GIS技术为支撑的包括社会经济、水体、水利工程、地形、土地利用、行政边界、交通、通信、生命线工程等数据层的分布式防洪基础背景数据库或数据仓库;完善水文及灾害预报这些以空间数据为基础的虚拟地球的技术;可以进行异地会商和远程教育。在上述技术的基础上,可以在灾前作洪水预报及对未来各种降雨情况下的水情进行模拟;可以针对洪水预报作出多个调度预案,进行后效与损失比较,为决策提供依据;可根据决策,优化分洪区居民撤离,抢险物资及救灾物资的输运路线;可对灾情的发展作出空间与时间上的预测;可对灾后重新进行规划。总而言之,将在真正意义上做到防洪减灾,把损失减少到最小。这是“数字水利”在防洪方面的一个雏形,有统一的数据定义、格式和交换标准。
  从上述已有的工作基础和即将进行的工作可以看出建设“数字水利”的可行性和重要性,从而也从一个小小的侧面反映了建设“数字国家”乃至“数字地球”的战略意义。对于“数字水利”而言,要跨出的第一步是提高对信息化的认识,计算机技术的普及,实现现有多源信息的数字化、空间结构化、网络化和标准化,大力推进信息资源的共享,把已有的数据充分开发利用起来。
  “数字地球”是人类认识地球的第三次飞跃,是重大技术的突破口,是国家可持续发展的要求,是宏伟的国家战略目标。水利工作者要敏锐地抓住这一机遇,迎接这一挑战,抓应用、促发展,引导水利科学、信息科学和水利产业的发展。
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数字地球与数字水利
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