3S 技术及其在姚湾散货码头防洪规划中的应用

程 琰 黎嵘岚

（安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 232001 ）

摘要：洪水灾害带来的损失是巨大的且不可逆转，因此，防洪规划对于经济繁荣和社会稳定发展显得至关重要。近年来，3S技术目前伴随着计算机技术的发展，在森林管理、地质勘察、生态保护等各个领域均得到了广泛的应用。在水文工作中，往往需要获取和处理大量的数据，将3S技术运用于水文工作中，可以有效地减少从业人员的工作量，促进水文行业的智能化发展，其对于洪水预防也起到不可估量的积极作用。现今3S技术也在不断完善与优化中，我们应熟悉掌握3S技术体系，加强其在姚湾散货码头防洪规划中的应用，从科学合理的角度完善防洪措施，充分发挥现代化新技术在该领域的积极价值。

关键词：3S技术；防洪规划；防洪措施

1.3S技术介绍

3S技术包括地理信息系统（GIS，geographic information system）、全球定位系统（GPS,global positioning systems）和遥感技术(RS,remote sensing)，通过结合网络通信技术等高新技术^[1]，可对所需目标数据进行采集、分析和处理等。

GIS即地理信息系统，通过在计算机硬软件技术的支持下，进行数据的信息采集、管理和地学分析等，为使用者提供研究和决策的数据依据。在70年代，已经有超过300个GIS系统进行使用^[2]，ComGIS (组件式GIS) 和WebGIS (万维网GIS)等新兴技术的不断涌现[3]，更是让GIS技术的发展带入一个新的境界。RS是利用电磁波探测仪感知电磁辐射信息，对目标物体的形状、大小等数据进行收集的科学技术，在气象、环境监测、防洪规划等方面应用广泛。GPS即全球定位系统，是一种可以运用卫星进行定位、测距等的导航系统，在日常生活中运用普遍。综合来看，3S技术主要是利用GPS进行辅助定位，RS获取地理信息特征，GIS进行空间信息分析和处理，从而综合各种数据，实现地理数据的可视化。

2.3S技术在水文与水资源工程应用中的优势

2.1.提高水文工作效率

在水文勘测的过程中，会由于时间和空间条件的限制，导致勘测工作无法正常进行，延误了勘测工作的进程。利用3S技术，可以对地形等数据信息进行收集，采用GPS系统辅助定位，不必受空间和时间上的限制，提高了水文工作的效率，推进了水文研究的进步。

2.2.增加数据的准确性

3S技术因其特性，受外界环境和其它因素的限制较少，因此可以提高数据的准确性。例如在洪水预报中，由于下垫面资料和模型运算的限制，很难保证下垫面条件和水文预报单元的均一性。GIS技术可以将预报单元的划分范围进行缩小，通过提高上述条件的均一性，从而提高数据的精度。

2.3.有利于数据的可视化

因其具有对所需目标数据进行采集、分析和处理等功能，3S技术可以地理信息的可视化，即将数据转化成图像表示，再进行后续相关交互处理。通过图像化的方式，3S系统可以直观、清晰地反映出数据的特征。如利用GIS的DEM功能可以对流域边界进行提取，将庞杂的数据转化为清晰易懂的图像表示，让研究人员更为清晰、直观地接了解目的信息。

3.3S技术在水文与水资源工程中的应用

目前，伴随着计算机技术的发展，3S技术因其将数据直观化的优点，在森林管理、地质勘察、生态保护等领域得到了广泛的利用。在水文工作中，往往需要获取和处理大量的数据，将3S技术运用于水文工作中，可以有效地减少从业人员的工作量，促进水文行业的智能化发展。

3.1.水文预报

洪涝灾害会淹没农田、房舍等，对人类的生产生活造成巨大影响。据国家气象局统计，2021年我国河南、山西、湖北等地遭遇特大暴雨灾害，累积经济直接损失量超过1314亿元，造成了极大的的经济损失。3S技术的出现在一定程度上提高了洪水预报工作的效率。利用卫星图像预测并监控洪水带来的带来的损失^[4]，将3S技术运用到洪水预报中去，就可以为防洪救灾工作的规划和决策提供及时、准确的信息。此外，GIS的利用，可以在结合下垫面数字地形模型和其他要素分布资料的条件下，把预报单元划分得足够小^[5]，从而提高产流预报的工作。同时，利用GIS大比例尺的地形数据库和RS获取地理信息的功能，在有效预报模型的基础上，将会极大的提高洪水预报的准确度和预见期^[5]。

3.2.防洪规划

防洪规划的主要任务是保障拦蓄洪水、堤防建设、下游泄洪工作的有效化开展。在防洪工作中常需要对降雨、历史洪水、土地利用现状、人口分布、交通规划等^[5]自然和社会因素进行综合化考虑。GIS系统可以利用其信息管理和分析能力，对上述因素信息进行综合化整理，利用如叠加（OVER-LAY）、缓冲区分析（BUFFER）、网络分析等分析模块功能，实现规划的最优化。

3.3.水环境监测

新发展阶段要求实现人与自然的和谐和谐共生。如何推进河湖生态环境复苏，促进生态文明建设，成为践行绿色化发展的关键道路。据石林等^[6]统计，在水环境监测与管理方面，结合GIS、BIM、Bootstrap、VisualBasic 6.0等技术，已开发出太湖流域水环境管理等水利决策系统的开发。在污染源识别方面，通过3S技术描述湖泊的地理信息，可以有效地推进相关模型的建立。Yasuyuki Zushi等^[7]基于使用GIS对水污染源进行水源识别，将GIS提取到地地成分的空间分布^[6],可以有效追踪污染来源，推进后续研究。

4.姚湾散货码头的防洪规划

4.1.工程概况

安徽省东南部的宣城市东面靠近浙江、北面与江苏接壤、南面毗邻黄山、西面可通长江。境内水阳江干流长273km，流域面积达10385km²，为长江一级支流。水阳江流域全年气温趋于平缓，雨量充沛，年平均降雨量可达到1200㎜，雨量集中在春夏两季，降雨时间空间上分布不均使其径流量年内和年际分配也不均匀。

拟建姚湾散货码头工程位于水阳江中游河段，上游距宣城水文站约18.0km，下游距新河庄水文站约12.0km。流域中水阳江中游的防洪问题需要引起重视，由于下游河道圩区交汇相通容易导致洪水被迫滞留，无法及时排泄而抬高水位，泄洪能力远远不达标，严重威胁到中游圩区的防洪安全。

4.2.防洪规划

为了适应当下及未来的社会经济可持续发展和保障人们生命财产安全，对研究区域、研究时段内按照一定规划和目标做出防洪规划。根据《水阳江、青弋江、漳河流域防洪规划报告》，水阳江中游万亩以上大圩防御标准取20年一遇；宣城市属于地级市级别，取其近期（2010年）防御标准为20年一遇，预期远景（2020年）与其他防洪工程结合提高到50年一遇；流域内各县城，近期防御标准取20年一遇，在可控的经济条件下可达到更高的防洪标准；水阳江下游水网区，水系交汇相连，取防御标准为20～40年一遇^[8]；拟建码头位于宣城经济开发区（北区），规划防洪标准为50年一遇。

4.3.防洪措施

暴雨是水阳江流域洪水灾害的主要原因，据了解，过去300年来，流域内大大小小洪灾先后共出现200余次，平均每三年发生两次洪灾，近代有详细记载的大洪水包括1931、1954、1983、1991、1996、1999等年份洪水，其中在1983、1996、1999年三次洪水过程洪峰流量高、洪水总量大，灾害重大。因此，为了有效预防洪水灾害，现从两个方面提出以下防洪措施：

1. 工程措施。工程措施主要是从拦洪、滞洪、泄洪、蓄洪和分洪这五个方面修建工程来减轻洪涝灾害的影响^[9]。从因地适宜、因时制宜的科学角度，制定工程措施规划。水阳江流域上游为山区，在工程段为平原与丘陵。地形地貌以平原为主，地势较为平坦。根据该码头项目周边的地形、地质等下垫面条件和排水规划，选择合适的位置扩宽整治河道，该方法是从泄洪的角度，加快洪水的排泄，防止洪水被迫滞留，据了解，目前正逐步完善建设水阳镇河段、裘公河、猫儿湖旁道等地方的水阳江治理工程；同时加设控制闸，例如，南漪湖控制工程马山埠闸和双桥闸，可借助对两闸的优化调度，利用南漪湖的调洪作用，从而达到减轻水阳江中游及南漪湖周边洪灾的效果^[10]。

2. 非工程措施。 非工程措施是对立于工程措施以外的手段，即通过经济、行政、法律以及工程措施之外的所有方法。在实际应用中，我们应有效结合工程措施和非工程措施两者的融合运用，充分发挥防洪减灾的作用。

5.加强3S技术在姚湾散货码头防洪规划中的应用

3S技术充分集成遥感技术和全球定位系统实时与迅速获取、收集水文情报信息的能力、地理信息系统强大的数据整合及分析平台，对水资源信息进行快速收集、处理与分析，将此技术应用于姚湾散货码头的防洪规划中，在非汛期，可以监控河段演变，利用全球定位系统收集并建立洪水数据库；在汛期，利用GIS结合水文模型预测洪水淹没范围，预测其发展趋势，可以为防洪排涝提供动态、实时的洪水情势，提供准确、合理、优选的泄洪方案。

6.结语

洪水灾害带来的损失是巨大的且不可逆转，因此，防洪规划对于经济繁荣和社会稳定发展显得至关重要。近年来，3S技术目前伴随着计算机技术的发展，在森林管理、地质勘察、生态保护等各个领域均得到了广泛的应用。在水文工作中，往往需要获取和处理大量的数据，将3S技术运用于水文工作中，可以有效地减少从业人员的工作量，促进水文行业的智能化发展，其对于洪水预防也起到不可估量的积极作用。现今3S技术也在不断完善与优化中，我们应熟悉掌握3S技术体系，加强其在姚湾散货码头防洪规划中的应用，充分发挥现代化新技术在该领域的积极价值^[11]。

参考文献

1. 史俊,文俊.水文水资源新技术应用研究综述[J].水利科技与经济,2006,(07):433-436.

2. 何绍福,马剑,李春茂.“3S”技术发展综述[J].三明高等专科学校学报,2001,(03):50-54.

3. 宋关福,钟耳顺.组件式地理信息系统研究与开发[J].中国图象图形学报,1998(04):53-57.

4. 王永亮.新时期3S技术在水文监测中的作用初探[J].水利技术监督,2017,25(01):30-31+137.

5. 王银平.3S技术在防汛抗旱中的应用[J].中国防汛抗旱,2011,21(S1):74-76.

6. 石林,彭浩,聂小东,胡晓倩,宁珂.基于知识图谱的河湖管理中3S技术应用研究进展[J].人民长江,2021,52(08):1-9.

7. ZUSHI Y，MASUNAGA S.GIS－based source identification and apportionment of diffuse water pollution: perfluorinated compound pollution in the Tokyo Bay basin[J].Chemosphere,2011,85( 8) : 1340－1346．

8. 吴钦鸣, 水利 水阳江、青弋江、漳河流域防洪规划,芜湖年鉴,黄山书社,2005,58,年鉴.

9. 杜恒.工程措施结合非工程措施用于防洪减灾的作用分析[J].农村经济与科技,2018,29(06):48.

10. 冯庆华.水阳江、青弋江、漳河流域洪灾成因及防洪对策[J].人民长江,2000(07):18-20+48.

11. 李沅达. 3S技术在水文与水资源工程中的应用浅析[C].辽宁省水利学会2020年度“水与水技术”专题文集,2020:141-143.

基金项目：安徽理工大学大学生创新创业训练计划项目（S202010361017）

作者简介：程琰（2000年8月-)，女，汉族，本科在读，研究方向：水文学及水资源。