Modelling from land to water

作者：Monica Miller Rodgers

气候变化正在影响全球淡水供应的机构。科罗拉多河经过美国的七个州到达墨西哥，在墨西哥倒入科尔特斯海，就是这样的例子。

水流被归类为2015年美国最濒危河流的水。减少10％至30％到2050年。天气温暖，降雪量较小，河流中内置的数百多个水坝对其生态系统施加了重大压力。这不利地影响了鱼类和野生动植物的栖息地：

• 260亿美元的休闲经济，
• 40 million people who depend on the river for daily water use,
• 2million hectares of farmland irrigation.

美国填海局（BOR）对科罗​​拉多河的健康有如此多的骑行，负责监督水资源管理和水的水，以便更好地了解盆地地貌学。

“我们正在努力了解科罗拉多河正在发生的事情，”Bor Yuma Area Office技术支持办公室的负责人Carrie Scott说。“我们对河流进行建模，以了解整个浅水中的沉积物沉积物，进而帮助我们确定诸如河岸降解或流动中的'choper点'之类的水。”

As with any river’s nature, Colorado River’s meandering is to change its natural course. This poses a threat to nearby structures, such as roads, agricultural and residential communities. BOR strives to keep the river on its course through dredging and armouring bank lines.

“作为河流大师，我们需要确保连续的水输送。我们有一项持续的计划，可以通过伸直人的研究签约，以了解河床的变化，以了解河流。”斯科特说。“我们收到的数据有助于我们更好地建模河流的表面和地下。我们拥有的质量越好，我们就越能建模和了解各种水流的影响，并为沿河的项目产生了工程设计。”

转向专门从事GIS，图像和数据库应用程序的映射公司Allied GIS，该公司的任务是构建数字矫形器摄影和一张符合美国国家映射准确性的地形图标准30厘米。然后，Allied GIS与德克萨斯大学奥斯汀分校杰克逊地球科学学院（局）的杰克逊地球科学学院合作，以获取机载的浴综合激光雷达数据和另一家调查公司，以提供地形激光雷达和地面支撑。

从测深到地形

Leica Geosystems空降传感器的长期使用者，该局的研究人员使用了他们的Leica Chiropteraairborne system to collect data of the lower Colorado River basin in California and Arizona.

Chiroptera has two independent LiDAR scanners:

1. A near-infrared (red-wavelength) for topographic LiDAR
2. A visible (green-wavelength) for bathymetric LiDAR

Chiroptera旨在与两个扫描仪同时获取数据，从而在具有浅水体的复杂景观中进行调查。河流调查是在400 m above the ground level, which is the optimum altitudefor collecting bathymetric LiDAR data. The topographic scanner acquired data simultaneously with a repetition rate of 300 kHz to distinguish the water-surface, and to map the immediate shoreline.

“Chiroptera allowed us to capture bathymetric aspects of the river and features of the immediate terrain,”said Kutalmis Saylam, the lead research scientist for the Bureau.“我们已经使用了我们的Chiroptera已有四年多了，我们可以依靠该领域的这种强大而直观的系统。这对我们来说非常重要，因为可靠的传感器是我们的工作。”

调查地点的天气状况主要是理想的，总共完成了9个任务。调整了飞行计划，以维护安全飞机操纵，尤其是在调查区的北端，高山峰。整个调查133 flight lines覆盖面积265公里²was completed with21小时的空降时间。

Seeing clearly through

Part of the mission included collecting bathymetric data from an area of thedeepest dam in the world。亚利桑那州和加利福尼亚州之间的帕克大坝的挡土墙高度为98 m，根据季节的不同，将水排出不同。在与大坝管理局的协调下，该局安排了较低的出院期间的空降任务（146对252 m³/sec）在水柱中可能较低的浊度水平。由于浊度吸收光束并防止它们渗透到更深的水柱中，因此它是进行成功的ALB调查的质量保证程序的重要组成部分。河流北部部分的平均读数为0.41肾小管浊度单元（NTU），这表明水柱中总体低水平的浊度。在南部，这条河很浅，穿过沙漠状的环境，将其大部分水输给灌溉。这些条件导致高达6.25 NTU的浊度较高，并为激光束带来了困难。

“The strong light beams of Chiroptera easily penetrated the clear waters of the northern sections of the river. We created a seamless water-bottom representation where depths exceeded 10 m,”said Saylam.“In the south, where turbidity levels were higher, we used available returns and interpolation methods to estimate and create a water-bottom representation.

勒ica LiDAR Survey Suite LSS v2.3 software contains an updated turbid-water algorithm that filters the backscatter noise created by low or moderate levels of turbidity and selects the most distinctive peak as the water-bottom representation.

“这种算法使河流深水的收益获得了更多的回报，与正常收益相比，我们的总体改善为81 cm，这是激光雷达测深的显着成就，”said Saylam.

该局促进了科罗拉多河盆地盆地盆地盆地的地貌学的研究，并进一步了解气候变化的影响，该局能够提供准确详细的地图。

“We were able to quantify the water-column depth, map the bottom of the river, the shoreline, and the overall topography of the river as requested by the U.S. Bureau of Reclamation”said Saylam.“这种有价值的知识使我们能够在将来进行类似的项目，而Chiroptera的可靠性使我们能够继续专注于类似的科学研究。”

BOR将进一步使用数字矫形器和地形地图，以匹配其内部调查团队的测量，从船和地面手段进行测量。激光研究的结论将继续帮助BOR使科罗拉多河朝着正确的方向流动，并支持那些依赖它的人。

“The data we received from the LiDAR was calibrated to our in-house team’s surveys,”斯科特说。“此信息对我们正在进行的操作继续改善模型很重要，因此我们可以正确地确定正在改变什么可能是可以改变的，并根据条件开发我们的项目。”