成果名称: 机载激光三维数据河道围堤险情判别及洪潮变化对江河防洪影响分析
完成单位: 中山大学,广州建通测绘地理信息技术股份有限公司
主要人员: 王先伟,王滋政,林凯荣,张天巧,杨喜源,隆华平,李秋萍,梁育填,王喜娜,周淑丽,王强辉,王大山,潘璀林,陈慧娇
介绍:

    ①课题来源与背景:珠江三角洲地区经济发达、人口高度集聚,且地势低洼、网河密布,汛期洪峰过境水位或风暴潮极端水位远高于三角洲围内陆地高程,网河堤围是保护该地区免遭洪潮灾害蹂躏最为关键的防洪设施。然而,珠江三角洲地区有着庞大复杂的堤围系统,不同年代建设的堤围材质、类型和设计标准各不相同,并随使用年限而老化变形,亟待加强堤围的安全监测和洪潮灾害风险管理。因此,中山大学和广州建通测绘地理信息技术股份有限公司提出了本项目的研究方案,获得了广东省2016年水利科技创新重点研究项目(编号:2016-19)资助。

    ②技术原理及性能指标:本项目主要利用先进的机载激光雷达(LiDAR)摄影测量系统,精密测绘了横门水道堤围,评估了堤围工况险情和研究区的洪潮灾害风险;培养高中级人才4名,研究生8名;发表论文12篇,其中SCI期刊论文11篇,中文核心期刊论文1篇,专著3部/章;申请发明专利2 项,取得软件著作权8项,部分专利和软件技术获得了实际推广应用。

    ③技术的创造性与先进性:(1)利用高精度机载激光点云数据探测和评估堤围工况险情。机载激光雷达摄影测量系统集成了激光测距技术、GPS技术、惯性导航技术和高分辨率摄影等多项技术,是当今测量业界最先进的测绘技术之一。项目组将先进的机载激光雷达摄影测量系统应用于河口堤围水利工程和防灾减灾领域,建立了研究区堤围、水闸等涉水工程的实景三维模型;并基于高精度的高程点云数据,研发了软件系统自动提取堤围的关键几何属性,评估了堤围的防洪性能,探测了堤围工况,模拟了堤围溃塌导致的淹没风险,可为网河区洪潮灾害风险分析和工程管理提供关键数据和技术支持。(2)动态模拟联围内部河涌的蓄洪能力与洪灾风险。项目组融合内河涌的断面测深数据和高精度的机载激光三维地形数据,把围内河涌当着河道型水库,建立水位-库容关系和水量平衡模型,分析中顺大围河涌水位与围内暴雨径流以及泵站最大排水和水闸在不同潮位时的重力排洪量之间的动态关系,可为泵站的排涝需求建设规划和应急预排调度管理提供基础数据和决策支持。(3)利用水力学模型模拟洪潮耦合作用并确定河口区的极端洪潮水面线。珠江三角洲河口区水道属于潮汐强作用区,极值水位受到极端风暴潮水位控制,同时也受上游洪水影响。本项目在南华-小榄/鸡鸦-横门水道建立HEC-RAS一维水动力学模型,模拟不同洪潮耦合情景的极值水位空间分布,从而求得更符合现实状况的不同频率的洪潮水面线。这对如何合理确定河口区不同频率的极端洪潮水位有较好的指导意义与应用价值。

    ④技术的成熟程度,适用范围和安全性:本项目技术先进,应用成熟,可在地形精密测绘和堤围精细化管理中发挥关键作用。

    ⑤应用情况及存在的问题:项目组研发出了基于高精度激光高程数据处理和应用的一系列的配套平台、算法和技术,研究成果已实际运用于国土资源调查、相关航空摄影测量、点云数据处理、城市规划及三维展示项目中。研究成果还可推广应用机载激光雷达、无人机倾斜摄影测绘和三维建模分析等技术在防洪排涝预警、堤围险段治理、涉水工程监测管理等领域。与水文-水动力学模型、堤围稳定分析计算和洪水风险评估等技术相结合,可有效提高堤围险段的监测、维护和风险管理水平,减轻洪涝灾害产生的潜在损失和影响,具有较好的推广应用价值,能产生巨大的社会经济效益。实际应用中面临的主要问题是航飞测绘成本较高,对堤围三维模型和水动力学模型的管理和运行维护技术要求高,限制了该套技术在基层水利堤围工程管理中的广泛推广应用。

    ⑥历年获奖情况:无。

批准登记号:
登记日期: 2021-09-16
研究起止时间: 2016-04-01至2019-12-31
所属行业: 水利、环境和公共设施管理业
所属高新技术类别: 地球、空间与海洋
评价单位名称: 广东省水利厅
评价日期: 2020-10-26