Google-Earth 在中小水电防洪设计中的运用

张 涛 张海燕

(国电阿克苏河流域水电开发有限公司，新疆阿克苏 843000)

0 引言

随着全国水电开发工作的持续推进，水电站工程如雨后春笋般陆续开工建设。中小水电工程有投资小、风险低、效益稳、运营成本比较低等特点。正是由于中小水电工程建设规模小，防洪工程设计呈现出设计不合理、调查不足、防洪体系不完善等问题。为了对洪水进行调控和降低洪水带来的损害，水利水电工程一般通过工程措施和非工程措施两种具体方法来实现这个目的，其分类如图1所示。工程措施是基于具体工程手段而达到消除洪水和防止洪水给人类带来的损害，而非工程措施则是调整人类活动以缓解洪水带来的灾害。

工程措施一般是指为了防御和控制洪水而修建各种挡、蓄、泄洪的建筑物或功能区。通过工程措施来降低洪水带来的灾害，一般都比较昂贵，且往往以改变已有的环境为代价，它可能会带来暂时的安全。但一旦超过堤防设计的洪水出现，引起工程防洪措施的失事，将会给下游周边群众的人身安全造成极大的威胁。非工程措施可以分为两大类，一类是通过对洪泛区管理、汛前准备和应急计划、洪水预报和警报、避洪、土地利用规划、土壤生物工程等措施改变对洪水的适应能力或抗损失能力;另一类是改变损失的分担形式，包括救灾、防汛抢险和洪水保险(见图1)。

图1 防洪减灾措施的分类

Google-Earth(以下简称GE)是一款完全免费的全球卫星地图集成软件，通过它用户可以方便的浏览追踪点的卫星影像资料，并且还可以快捷地将这些卫星图像资料和具体的地图资料对比、交互、参考。实际上，GE给用户提供了一个沟通和交流的动态平台［1］。这款软件有良好的交互式操作界面、强大的图形处理功能、方便易学的操作方法，可随时随地对追踪点插入标签，并对该处进行注解，亦可将追踪点储存为单独的文件，供所有使用者交流各自的成果。同时，GE还提供了编程接口可以进行二次开发，而成熟的数据流技术保证了只传递给用户指定的区域数据。而且GE所有的地图基本上都是三年以内的，甚至是几个月之内的最新卫星图片，保证了查询数据的时效性［2］。利用GE的这些优点并将其运用到水利防洪工程的非工程防洪减灾措施设计中，能有效地节省资源配置、提高工程建设综合防汛减灾能力、保证工期，可以获得较大的收益。

1 工程概况

已建成的吐木秀克水电站工程是一座引水式发电站，位于天山南麓，塔里木盆地库车山前凹陷区西端，北纬41°29'～41°33'、东经79°44'～79°54'之间，工程坐落在新疆阿克苏市温宿县库玛拉克河东岸总干渠上，是库玛拉克河河段水电规划“一库四级”中的第四级，地面高程1 360 m～1 250 m。引水渠长20．91 km，压力前池正常运行水位1 334．707 m，装机容量48 MW，工程等别为Ⅳ等，小(1)型电站。

2 洪水、地质特性

库玛拉克河洪水主要由冰川、永久性积雪和季节性融雪水形成，洪水类型主要分为两类:融雪型洪水和冰川阻塞湖溃决型洪水。引水工程区的洪水类型主要为暴雨型洪水。洪水过程起涨迅猛，峰型尖瘦，整个洪水过程少则持续几十分钟，多则持续数小时，时刻对引水渠安全运行构成潜在隐患。

吐木秀克水电站工程的最大特点是引水渠道长达21 km，水渠在天山南脉托木尔峰西南麓附近山脚下冲积扇上东岸总干渠北岸由西向东蜿蜒前进，威胁本引水渠安全运行的主要洪水为引水渠北岸发育的山洪沟洪水。根据出山口以上的流域分水岭，整个输水线路上发源于中高山有9个大冲沟，这些大冲沟出山口后散流成与渠线交汇的168条洪沟。吐木秀克水电站的建设期2年，3月～11月为主要施工期，除1月～4月外，均可能出现洪水。在施工时段防洪建筑物未形成，施工过程中又不可避免的破坏了原防洪系统。在这样的情况下，安全地防洪度汛就显得尤为重要。

3 GE在渠道防洪中的运用

采用合适工程措施进行防洪减灾，无疑可以缩短工程建设周期，快速提高重点部位防洪保证率。但是目前设计单位采用的水文资料和地形图等年代都较为久远，多为二十世纪七八十年代的资料，甚至还有残缺。并且新疆地处地震强活动带，河流、冲沟的走势随时代和地壳运动的变迁变化很大。所以采用常规的方法进行防洪减灾分析，不但耗费大量的人力和物力资源，而且精确度不高。

GE拥有全面、详细的影像资料，能够及时地更新地理信息数据，作为一种新兴的地理信息软件，它有直观的三维卫星图像和广泛的兼容性，这些都为其在水利水电工程中的应用创造了条件，它的出现和在工程中的应用弥补了常规分析方法的缺陷［3］。这里从工程安全建设管理的角度出发，运用了一种新的效率更高的洪水分析方法:GE地理信息系统分析法。利用GE提供的卫星照片大范围大尺寸地观察各水系关系可以直观的分出分水岭，大致判断来水方向及范围，并判断出需要重要防护的部位，如果与设计院实地勘测的资料相结合，更是能高效地判断出洪水发生的具体位置、相对洪量及历年洪水发展趋势等。为防洪工程的建设及设计提供了更为直观、精确的依据。

现以吐木秀克工程中的卫星图片为例，对本工程一个重点部位的防洪布置运用GE地理信息系统分析法进行分析。

图2是洪水冲沟的分布图，图中箭头所指的均为洪水汇集下泄洪沟，分别命名为1号沟，2号沟，3号沟，4号沟，5号沟，各洪沟的洪水自然汇流后流入原有的防洪体系，避免了下游建筑物和人民生命财产的损失。原防洪体系中，1号～5号洪沟最终汇集到下游泄水通道。但是新修建的水电站引水渠道切断了1号～5号洪沟，破坏了原有的导流系统。根据测量，渠道经过冲沟时均为填方段，这样就造成洪水不能按原有通道下泄。所以这里必须建立新的防洪体系。

为了保证1号～5号洪沟的洪水能够及时下泄，不对吐木秀克水电站工程的正常运行造成威胁，修建本工程引水渠的同时，修建了新的防洪系统，如图3所示。综合利用导、挡、排三种方法。导，即修建导洪渠，根据洪沟的具体分布情况，将1号～4号洪沟的洪水按工程的总体防洪需求导入到5号洪沟中去，这样从山区下来的洪水在离引水渠道比较远的位置就被导流走，增强了渠道的安全;挡，即在渠道左侧设置防洪堤，挡住发生超设计洪水时导洪渠未能及时导出而流向引水渠道区间的洪水，减少洪水对引水渠道的冲击;排，即修建排洪建筑物，将洪水排泄到下游，工程沿线设置了39处排洪建筑物用来排泄汛期的洪水，同时人为的对5号冲沟进行了局部的拓宽、加深处理，保证洪水能够及时的下泄。这样多层次、全方位的防洪建筑物构造，正常情况下就能完全控制住洪水。如果只用常规的方法将花费大量的人力物力和时间进行设计布置，但运用GE地理信息系统分析法就可很快得出准确的结论，节约了资源。另一方面，在制定防洪度汛方案具体措施时，运用GE地理信息系统分析法能选择更合理快捷的抢险路线，制定相对合理的应急方案［4］。同时，还能满足防洪的要求，保证工程的安全，从而达到设计、投资的最优。吐木秀克水电站工程于2009年建成并投产运行，经过3年时间的验证，按照GE卫星地图位置布置的防洪建筑物取得了良好的效果。其中导、挡、排洪建筑物位置准确，洪水控制有效，对引水渠运行安全保障有力。

图2 洪水冲沟的分布图

4 结语

本文介绍防洪减灾措施的常见类型和GE卫星地图集成软件在吐木秀克水电站渠道防洪工程中的运用，强调了其运用的直观性和准确性［5］。事实说明，GE在中小水利工程防洪建设中的运用，可以缩短工程建设的周期，提高工程建设的效率。GE是一款功能强大的全球卫星地图集成软件，在对设计方案建立虚拟模型并进行演示、审查和三维信息管理系统方面，有待于进一步的认识和开发。可以预见，它的广泛使用将使传统的信息管理系统从二维模式跨进到三维模式。

［1] 倪子强．Google Earth在电力通信光缆管理中的应用［J］．电力系统通信，2008(2):10．

［2] Wang Da Guang，Chen Feng．A Preliminary Flow Algorithm of Network Flow Programming in Economic Dispatching of Cascade Hydropower Station［J］．IEEE，1998(30):581-585．

［3] 邢文忠．Google Earth卫星地图软件在电力线路地理信息管理中的应用［J］．技术改进与创新，2009(16):32-33

［4] 刘群义，钟嘉奇，刘 北．Google earth在水利工程管理中的应用［J］．黑龙江水利科技，2006，34(2):19-21．

［5] 许贵生，董巧红．Google earth在水利工程信息管理中的应用［J］．吉林水利，2004(36):91-92．