长江沙钢河段GIS系统的研究和应用
徐 光，沈 伟
1 引 言
长江沙钢河段是长江中下游河床演变最剧烈的河段之一，为了更好的加强对长江工程的管理，及反映河断河床的演变，掌握其发展规律，实现长江沙钢河段工程建设、信息管理、科研分析手段现代化，必须建立一套比较全面完整的为水利服务的长江地理信息系统。其目的在于：
1.1为长江的防汛抗洪抢险服务
为制定抢险方案提供现实测绘成果资料，实现编程输入输出；建立河床冲淤计算、演变分析、信息查询等功能。 1.2 为长江已建护岸工程管理服务
建立测图管理、工程管理系统，实现管理的科学化、规范化，实时地监测、分析已建护岸的变化情况，制定最佳的加固和修复方案。 1.3 为其他部门提供咨询服务
利用长历时的长江水下地形资料、水文资料、地质资料、工程资料，为交通、航运、电力等部门服务。
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研制内容
系统包含沙钢河段30年代至2003年的有关信息，本系统研制内容：对沙钢河段12km
河道数字化地形资料进行处理，建立河道地理信息系统：开发专用程序，实现河道地形的二维、三维可视化：根据研究河段历史地形资料、来水来沙资料，分析个汛期各河段河床演变的情况和规律，其成果以平面或立体图表示：利用目前最先进多媒体开发软件，将上述分析结果开发成河床演变的多媒体动态演示系统。
3 系统环境
3.1 数据源
70年代以来的1:10000水下地形图；1:2000重点河段水下地形图；历年来的水文测验资料；沿江地质资料；历年来以建工程资料等。 3.2 操作系统
采用Windows98/Windows NT 4.0，数据库采用SQL Server7.0关系型数据库管理系统。 3.3 计算机网络中心
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设置于张家港江治理工程管理处，全部数据存放在服务器上，以有利于数据安全管理与维护。 3.4 系统数据流程
系统数据流程见图1
SV-CAD测点Org文件测 图 管 理测点生成3地形表达任意等深线测图基础信息测图信息查询等高线生成测图分幅固定河段冲淤分析测图选用与显示测图打印3冲淤表达冲淤分析输出、、、读取三角网插值生成任意剖面冲淤分析任意区域冲淤分析断面划分与选用冲淤分析固定断面冲淤与分析断面冲淤模拟
图1 系统数据流程
测图管理为本系统主要信息源，冲淤分析以测图管理信息为基础，构成新的专业功能模块。工程管理、区域概况和沙钢河段状况等模块的信息来自基础数据库和测图管理中的测图信息。
4 系统功能
本系统主要功能模块有测图管理、冲淤分析、工程管理。 4.1 测图管理
测图管理的作用是对长江沙钢河段测量数据（包括历史资料和实测资料）进行数字化管理。其功能包括：（1）将GPS实测的水下地形数据和数字化的历史资料转入GIS。（2）测图数据处理：由测点数据到标准分幅制图的全过程。包括测点数据插值，DEM及TIN生成、等高线生成和地形图分幅等一系列工序的数据处理。等高线依据DEM生成，生成后再分幅处理，形成标准分幅河道地图或专题河道地图。（3）测图信息查询和效果表达。系统查询提供测图对象及其属性的双向查询，查询内容包括测次查询、图幅查询、测点查询、DEM查询和等高线查询。效果表达主要有等高线分级设色。地图图素的增删、DEM分级设色等表达方式；对于三维地形可视化表达可任意旋转改变视点。屏幕图形放大、缩小、移动等。（4）测图输出。主要是测图打印输出，包括分幅测图输出、河段测图输出、断面冲淤分析图文及报表输出。分幅测图输出按专业制图规范制作，包括图框、图例、标注等相关图素。 4.2 冲淤分析
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本系统冲淤分析类型包括固定断面冲淤分析、任意断面冲淤分析、河道任意纵剖面冲淤分析。任意剖面和任意区域冲淤分析操作考虑灵活性与可控精确定位两种方式。灵活的断面及区域冲淤分析方式可在屏幕上用鼠标直接操作，可控精确定位操作则通过专业窗口输入相关点位及区域边界坐标进行冲淤分析。
冲淤分析的效果表达采用多媒体技术动态和GIS三维表现力，充分体现冲淤过程和冲淤结果。 4.3 工程管理
其主要功能模块有已建治江工程信息查询、水利工程分类信息查询和报表打印。 4.4 区域概况及沙钢河段状况
区域概况利用卫星遥感影象作为区域地貌背景，包含水系、交通等。沙钢河段状况主要反映沿江概况、河段区划、河段特征及潮位过程、河段地形演变等。
5 应用GIS系统进行和畅洲汊道的演变分析
沙钢河段是长江下游最不稳定河段之一，分流比已从1977年的9.7％发展到2002年的30％。从分流处开始，右岸冲刷严重。自1924年以来，右岸岸线不断溃退，水流下切。而左岸呈河漫滩形态，基本无大的变化，如皋中汊，在1980年前后变化巨大。79年以前，处于自然状态，80年代后，河岸溃退很大程度上受到遏制。
沙钢段水道历史上江岸崩坍溃退严重，崩坍段从段山港至十二圩港间长17公里，也称老海坝节点，是我市重要的建港区，码头群集中在渡泾港至十三圩间，以水源保护区划分为上下两个部分。上部分集中在护漕港边滩下延过程中形成的倒套口门附近，河床以淤积为主，但受如皋中汊出流对护漕港边滩下延的抑制作用，该段河槽基本趋于稳定；下部码头群集中在一干河至十三圩间，深水贴岸，靠航条件好，所以码头集中，但另一方面该区域河床陡立，冲刷严重，最后一次崩坍发生在1998年锦丰的正丰圩，崩坍面积达数百亩。通过1970年以来30多年的整治，严重的崩坍已制止，河势已趋向稳定。但由于泓北沙导堤及围垦工程的实施，造成浏海沙水道急剧缩窄，冲刷加剧，对老海坝段造成了益加严重的影响，一干河口以下、特别是九龙港至十二圩港间，影响尤其严重。从去年和今年的测量结果看：
1、 2、3、8、10号4条丁坝间持续冲刷。
2号丁坝上下侧，3号丁坝上下侧，8号丁坝坝头下侧、10号丁坝坝头下侧都在以3-5米/年的速度在刷深。这4条老丁坝都是1970年建的，建成后都曾进行过抛石加固，但因当时经费，标准偏低，加上长江主流多年的冲击，局部范围内出现了冲刷。目前长江主流顶冲点已离开该段下移到九龙港以下。
2、 4、6号丁坝区冲刷应及时治理。
4、6号丁坝群建于1970年，2003年沙钢集团为新建码头的需要，经上级批准于2003年3-4月份拆除了该坝群中间的5号丁坝，丁坝拆除后，沙钢集团及时对4、6号丁坝间进行了抛石，但从去年至2005年4月份的测图对比看，该范围在不断刷深。由于上述冲刷区均在沙钢已建码头的前沿及上、下侧，为确保已建码头的安全，建议对4、6号丁坝冲刷区应及时实施抛石治理工程。
3、九龙港上侧的原料三号四号码头外侧半年内就刷深3－5米，对码头威胁很大，我处已经将这一结果通报给了相关部门并制订了工程治理方案。
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4、九龙港以下已抛石区外缘继续冲刷应及早治理。
九龙港以下，包括原钢铁5号、6号、2号、3号码头一直到浦沙码头外侧，一年内水下地形普遍刷深2-5米，原5号、6号钢铁码头外侧的-60米深槽、-50米深槽都在迅速向下扩展，为此应紧接九龙港下2000年节点工程抛石区，向下对已抛石区外缘及深槽边长0米区域进行抛石加固。
5、钢铁3号、4号码头、宏源3号码头外侧不断刷深。
钢铁3号码头、钢铁4号码头、宏源3号码头外侧大范围刷深3-5米，深潭继续向上向南扩展。为确保已建码头的安全，应及早对抛石区外缘及深槽边进行抛石加固。由于码头位置突出，水流冲击强度大，沙钢集团正计划近期进行抛石加固。
6、十一圩港下半段未抛石区水下地形继续刷深。
十一圩港至十二圩港间长2250米的冲刷地段，2001年经省批准对上半段长1170米范围进行了抛石治理，但下半段1080米范围半年内就刷深了1-3米，对这段希望上级部门早日批准抛石治理计划。
7、十二圩港口下侧中东石化码头前沿严重冲刷。
根据去年9月和8月二次测图对比，发现中东石化5000吨泊位前沿至-35米等高线间，长80米、宽50米范围内水下地形一个月内刷深就达5米，这种情况已对码头区的安全带来了严重的威胁，为此我处已于去年就制订了工程治理方案提交给企业并上报了市局。
由于这一区域已经建成了以沙钢为代表的一批大型企业，年产值在300亿以上，沿江码头林立，稍有不慎就会造成重大经济损失、严重的社会影响，因此我单位将密切监测、及时通报企业、及时上报市局。
统计得知，沙钢段73％的冲刷面积，9％的面积淤积，相对不冲不淤占18％，平均冲刷深度2.5米/年，平均冲刷率0.21m/a。
6 系统特点
6．1长江沙钢河段地理信息系统是基于GIS的河道一体化信息系统。本系统以河道测图处理、测图管理和河床冲淤分析为核心，具有信息获取、处理、分析和信息管理功能。从测点数据读入、数字地形处理、等高线生成、地形分幅成图、三维地形表达，直至任意测次、任意空间冲淤分析，完全实现了成图现代化。
6.2 系统总体设计目标是有效地管理与使用沙钢河段近150年来积蓄的大量测量资料，实现河道信息管理现代化，突出体现测图信息管理和冲淤分析。将来可向防洪决策、河道整治、航运交通、水环境保护等相关功能服务。
6.3 测图打印输出实现了专业制图功能和效果。实现了标准图幅打印、任意图幅打印、任意可视范围打印、按比例打印、按页面打印；此外，系统对剖面分析还具有失量化文件输出功能。
系统实现了冲淤分析计算机化，实现了任意测次、任意空间的河床冲淤分析；分析类型有：固有断面分析；任意断面、任意剖面冲淤分析；固定河段冲淤分析和任意区域冲淤分析；在时间上，实现任意时段的冲淤分析；在冲淤分析表达方面不仅有一一对应冲淤分析报表，还有河段冲淤分析3D渲染表达和岸线二维动态演示。
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