試論水文水資源遙感研究中的若干問題

顧春鋒

(江蘇省水文水資源勘測局揚州分局， 江蘇 揚州 225002)

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試論水文水資源遙感研究中的若干問題

顧春鋒

(江蘇省水文水資源勘測局揚州分局， 江蘇 揚州 225002)

當(dāng)今社會，由于科技的發(fā)展，遙感技術(shù)已廣泛地應(yīng)用到各個領(lǐng)域，它的出現(xiàn)為水文水資源研究做出了巨大貢獻。縮短監(jiān)測時間、拓寬監(jiān)測地域，節(jié)省人力資源，是其極大的優(yōu)點。它不僅高效地提供了數(shù)據(jù)信息，更便利了人們的生活。本文從遙感技術(shù)的概念、特點及發(fā)展?fàn)顩r入手，在介紹國內(nèi)外水文水資源遙感應(yīng)用的情況下，指出我國水文水資源遙感存在的問題，并在此基礎(chǔ)上提出解決措施，指出水文水資源遙感的未來發(fā)展趨勢。

水文水資源； 遙感技術(shù)； 存在問題； 發(fā)展趨勢

遙感技術(shù)是科技發(fā)展的一項重要產(chǎn)物，它的出現(xiàn)為人們研究水文水資源提供了一項重要的技術(shù)手段。水文水資源遙感技術(shù)的廣泛應(yīng)用，高效、準(zhǔn)確地為人們提供數(shù)據(jù)信息，對于水文水資源的研究工作具有重要意義。

1 水文水資源遙感技術(shù)的概念、特點及發(fā)展情況

1.1 遙感技術(shù)的概念

遙感技術(shù)主要以電磁波的相關(guān)理論為依據(jù)，分析、記錄和收集由電磁波輻射或是反射遠距離物體的具體信息，最后將這些電磁波信息處理成影像，依據(jù)此信息對地面上的不同景物進行科學(xué)準(zhǔn)確的探測，來滿足人們現(xiàn)實生活中的不同需求。它是一項綜合性較強的探測技術(shù)，主要應(yīng)用于資源探測、地面勘測、氣象觀察等領(lǐng)域。

1.2 水文水資源遙感技術(shù)的特點

相較于其他探測技術(shù)來說，遙感技術(shù)具有高速度、高質(zhì)量、極強的功能性的特點。將其應(yīng)用在水文水資源領(lǐng)域中，不僅可以高效地獲得大量有力可靠的數(shù)據(jù)信息，還可以節(jié)省人力資源，減少工作程序，縮減工作時間，提高工作效率。

1.3 水文水資源遙感的發(fā)展情況

遙感技術(shù)在我國已有幾十年的應(yīng)用歷史，從20世紀(jì)60年代開始我國就有了對水文水資源遙感的研究。20世紀(jì)70年代遙感技術(shù)開始應(yīng)用于水質(zhì)監(jiān)測，因其在監(jiān)測水質(zhì)、探測洪水起伏等方面為人們提供了大量、有效的信息，贏得了人們的廣泛關(guān)注并開始重點探究。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人類活動引起的水圈和地球環(huán)境的變化，更需要遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。

2 水文水資源遙感的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 我國水文水資源遙感的應(yīng)用

水文水資源遙感技術(shù)在我國的應(yīng)用主要表現(xiàn)為直接應(yīng)用和間接應(yīng)用。直接應(yīng)用指通過遙感技術(shù)直接對水文變化進行監(jiān)測并作出判斷；間接應(yīng)用則是將傳遞、接收到的信息通過公式等方法計算出來得出相關(guān)數(shù)據(jù)。具體應(yīng)用在以下方面：

2.1.1 降水量、蒸發(fā)量的監(jiān)測

水文水資源遙感技術(shù)通過衛(wèi)星、雷達的相互配合，準(zhǔn)確地監(jiān)測出陸地的降水量情況。微波遙感的重要環(huán)節(jié)是雷達監(jiān)測，它通過降水粒子對電磁波的影響來預(yù)測雨量，為雨量站提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，其監(jiān)測功能更適用于雨量較少、周期較短的局部地區(qū)。如遇降水量較大時，降水粒子比較密集，單純的雷達監(jiān)測不能夠提供正確的雨量數(shù)據(jù)，此時就需要衛(wèi)星的協(xié)同探測。航空遙感是其主要手段，它通過對大氣云層及其周邊粒子分布情況的觀察，為水文研究人員提供大量準(zhǔn)確可靠的數(shù)據(jù)源，為他們的工作提供便利。

監(jiān)測蒸發(fā)量主要是監(jiān)測土壤、水面、植被這三方面水量的蒸發(fā)情況，通過質(zhì)量與能量在物理方面的轉(zhuǎn)換來提供準(zhǔn)確的蒸發(fā)量數(shù)據(jù)信息。統(tǒng)計經(jīng)驗法、能量余項法與全遙感信息模型法是通過衛(wèi)星監(jiān)測收集蒸發(fā)量的主要計算方法。因模型多層的特點，土壤也被劃分為相應(yīng)的層次來監(jiān)測、計算蒸發(fā)量。植物蒸騰模型的出現(xiàn)有力地解決了非均勻地面環(huán)境下蒸發(fā)量的計算問題。

2.1.2 徑流量的監(jiān)測

因徑流量自身的復(fù)雜性，對其監(jiān)測也具有一定的難度。遙感技術(shù)只能對土壤、地表、植被、水體等進行數(shù)據(jù)監(jiān)測與收集，不能直接完成對徑流量的監(jiān)測。人們需要將水文氣象站、衛(wèi)星遙感技術(shù)及水文模型共同獲得的數(shù)據(jù)加以分析、整理，進而估算出徑流量。近年來不斷發(fā)展的新型計算方法為實現(xiàn)對徑流量的監(jiān)測提供了便利。

2.1.3 地表、土壤濕度的監(jiān)測

地表水域的不斷變化對判斷水域的變化起著重要作用。根據(jù)水對近紅外線和中紅外線吸收能力強、土壤和植被對近紅外線和中紅外線反射能力強的特點，通過紅外灰度圖或多光譜掃描圖就能清楚地將水體和土壤植被區(qū)分開來，這是遙感技術(shù)實現(xiàn)對地表水域變化的監(jiān)測功能。

土壤濕度也稱土壤水，是地下水與地表水的中間元素，可通過光學(xué)遙感和微波遙感來完成對其的監(jiān)測。

2.1.4 地下水的監(jiān)測

當(dāng)前水資源短缺，地下水是十分寶貴的資源，及時準(zhǔn)確地掌握地下水水資源情況對水文研究工作者來說具有重大意義。遙感技術(shù)通過與地下水模型的有機結(jié)合，可以有效地對地下水的蒸發(fā)量、補給能力及是否能滿足灌溉水平做出定性定量分析計算。即使在缺乏地形數(shù)據(jù)的情況下，通過遙感技術(shù)也能準(zhǔn)確地估算出地下水的灌溉需求量及補給量。

2.1.5 水質(zhì)的監(jiān)測

懸浮泥沙、葉綠素、含沙量、化合物、營養(yǎng)物、熱釋放等的變化都會使水質(zhì)發(fā)生變化，它們產(chǎn)生的可見光和熱改變著太陽能量光譜或水面的熱輻射。遙感技術(shù)利用這一光譜特性與水質(zhì)變化參數(shù)間的關(guān)系來監(jiān)測水質(zhì)的變化。它不僅可以在空間上實現(xiàn)監(jiān)測，還可以實現(xiàn)時間上的監(jiān)測，在改變水質(zhì)，尤其對于水質(zhì)污染問題具有高效可行的作用。

2.1.6 洪水等災(zāi)害的監(jiān)測與預(yù)報

對于水文水資源的研究遙感技術(shù)起到了不可或缺的作用，正確地運用這一技術(shù)，不僅可以監(jiān)測地表水、降水量、蒸發(fā)量等，還可以有效地應(yīng)對洪水這一問題。遙感技術(shù)對降水量的實時監(jiān)測獲得的數(shù)據(jù)及分析得出的降水分布圖，可以轉(zhuǎn)換成水文氣象數(shù)據(jù)和徑流水位圖，將這些數(shù)據(jù)有效地整理、分析就可以有效地應(yīng)用于人們的生活。對洪水發(fā)生的預(yù)報，有助于人們提前做好應(yīng)對洪水的準(zhǔn)備措施，減少其帶來的損害。有效地預(yù)報洪災(zāi)，可以使人們有足夠的時間將部分洪水應(yīng)用于農(nóng)田的灌溉中，這樣不僅實現(xiàn)了可用水資源的節(jié)約也在一定程度上降低了洪澇的危害程度。另外，遙感技術(shù)還能夠通過有效地監(jiān)測侵蝕土壤的因素，如降水量、植被、人文因素等來控制土壤侵蝕狀況，利用得來的數(shù)據(jù)信息有效地為防治水土流失提供依據(jù)。

3 水文水資源遙感存在的問題

3.1 水文水資源遙感的監(jiān)測能力較低

雖然遙感技術(shù)在我國水文水資源中占有重要的地位，對降雨量、蒸發(fā)量、地表水、水質(zhì)、洪澇等起著重要的監(jiān)測作用，但我國在水文水資源方面對遙感技術(shù)的應(yīng)用水平較低。遙感技術(shù)的監(jiān)測只是應(yīng)用在局部地區(qū)，監(jiān)測對象發(fā)生較大變化時能做出較快的信息識別，對于細微的變化還存在監(jiān)測死角，數(shù)據(jù)的缺失現(xiàn)象不可避免。這在很大程度上不利于人們獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，不能獲得水文細小量變的第一手資料，從而無法起到及時預(yù)報功能。

3.2 獲取的數(shù)據(jù)信息并非都具有實用價值

遙感技術(shù)在節(jié)省時間和人力物力上具有無可比擬的優(yōu)勢，它可以迅速收集大量數(shù)據(jù)信息。但是其收集的數(shù)據(jù)信息比較龐大，沒有針對性，需要從中選擇出所需數(shù)據(jù)來為我們的實際生活服務(wù)。

3.3 我國對水文水資源研究基礎(chǔ)較差

想要更好地利用遙感技術(shù)為水文水資源研究做出貢獻，必須要充分了解水文水資源的特點。只有這樣才能更好地將遙感技術(shù)應(yīng)用到實際研究中。我國對水文水資源研究從基礎(chǔ)上的生態(tài)水文方面就較薄弱，生態(tài)水文是水文水資源發(fā)展過程中的重要方向，只有做好對它的研究，才能更好地抓住我國的水文水資源特性，更好地應(yīng)用遙感技術(shù)為其監(jiān)測、預(yù)報。

3.4 人工作業(yè)與遙感技術(shù)相分離

遙感技術(shù)盡管在時間和空間上存在著較大的優(yōu)勢，但是不能因此而忽略與人工作業(yè)的相互配合。通過遙感技術(shù)獲得的監(jiān)測數(shù)據(jù)并非全面且準(zhǔn)確無誤，它有時也會存在數(shù)據(jù)缺失等現(xiàn)象，這就要求人工測量的數(shù)據(jù)作為補充。另外對于一些重要的數(shù)據(jù)信息需要人工通過其他數(shù)據(jù)信息進行驗證與核對，才能加以利用。因此，在實際生活中，需要人工與遙感技術(shù)的相互配合。

3.5 水文水資源遙感信息共享性差

信息共享已成為全球發(fā)展的趨勢，對水文水資源遙感技術(shù)的信息共享也不應(yīng)例外。建設(shè)和完善水文信息技術(shù)平臺不僅可以節(jié)約資源，更有利于對水文水資源遙感技術(shù)的研究。但由于資金、技術(shù)等投入的不足，水文水資源遙感技術(shù)信息還具有明顯的地域性、局限性，各水文站不能及時地進行信息交換，信息難以共享。

4 水文水資源遙感問題的解決措施

4.1 加快水文水資源遙感新方法的應(yīng)用，提高監(jiān)測水平

由于對水文水資源遙感技術(shù)的應(yīng)用長時間地拘泥于陳舊的方式方法，不能及時將新技術(shù)應(yīng)用于實踐中，導(dǎo)致其監(jiān)測能力下降。這就要求我們隨時觀測外界水文的變化，將變化及時作用于水文模 型上，研究出新的監(jiān)測水文水資源的遙感技術(shù)。

4.2 加大人工作業(yè)與遙感技術(shù)的配合

要充分意識到人工作業(yè)對水文水資源遙感技術(shù)的重要作用，遙感技術(shù)雖然先進、省時省力，但是由于其分辨率的差異，并不能將所有數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)出來，偶爾的數(shù)據(jù)丟失也是常有的現(xiàn)象。全面準(zhǔn)確地把握水文水資源變化情況，仍需要人工的實際測量。只有將二者較好地結(jié)合，以己所長補其所短，才能更好地為人們服務(wù)。

4.3 加強水文水資源遙感技術(shù)的信息共享

信息共享，能使人們在有限的空間和時間中獲得更有效的經(jīng)驗方法。對于水文水資源遙感的研究更需要信息的分享，有些較為常見的監(jiān)測與預(yù)報遙感技術(shù)都能較快、較準(zhǔn)確地提供數(shù)據(jù)。但是，對于一些罕見的水文監(jiān)測信息，需要在大量的實驗、對比、驗證的基礎(chǔ)上才能夠形成，信息共享就十分重要，可以使其他地區(qū)快速地對此水文變化做出探測與應(yīng)對。

5 結(jié) 語

水文水資源遙感技術(shù)的深入應(yīng)用，已廣泛影響著人們的生活。它不但縮短了人們對水文資源的探測時間，更突破了人們難以監(jiān)測到的地域空間領(lǐng)域。雖然其自身存在一些缺陷，但隨著它的逐步完善發(fā)展，必將會對人們的生活發(fā)揮更大的作用。

[1] 馬奕，胡坤.遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用研究進展[J].黑龍江科技信息，2014(5).

[2] 姜哲石.遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用分析[J].才智,2011(34).

On some problems in the study of hydrology and water resources remote sensing

GU Chunfeng

(JiangsuHydrologyandWaterResourcesSurveyBureauYangzhouBranch,Yangzhou225002,China)

Currently, remote sensing technology is widely used in various fields as a result of the development of science and technology. It makes huge contribution for hydrology and water resources research. It has major advantages of shortening time, broadening the monitoring area and saving human resources. It not only provides data information efficiently, but also facilitates people’s life. In the paper, problems in Chinese hydrology and water resources remote sensing are described from the aspects of remote sensing technology concept, characteristics and development status under the condition of introducing application of remote sensing in China and foreign hydrology and water resources. Solutions are proposed on the basis, and future development trend of hydrology and water resources remote sensing are proposed.

hydrology and water resources; remote sensing technology; existing problems; development trend

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2016.04.012

TV213.4

A

2096-0131(2016)04- 0038- 03