基于“3S技術(shù)”對(duì)水資源的管理以及應(yīng)用

王成+范人文

摘要：水是人類不可缺少的資源，將建立數(shù)字城市三大支撐技術(shù)（PS、GIS、RS）應(yīng)用于水資源領(lǐng)域，對(duì)于許多問題的解決和解決問題效率的提高有舉足輕重的作用，比如水資源規(guī)劃管理、水資源評(píng)價(jià)等等方面。

關(guān)鍵詞：GIS、GPS、RS；水資源；規(guī)劃管理；評(píng)價(jià)

0 引言

水是人類生產(chǎn)和生活中不可缺少的重要資源，是人類社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的基本條件之一。隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展和人民生活水平的提高，對(duì)水的需求將會(huì)日益增加，特別是我國(guó)北方水資源供需矛盾日趨尖銳。

作為建立數(shù)字城市的三大支撐技術(shù)：GPS（全球定位系統(tǒng)）、RS（遙感）、GIS（地理信息系統(tǒng)），對(duì)于水資源的規(guī)劃管理、水資源評(píng)價(jià)等問題提供了有利的技術(shù)手段。

1 3S簡(jiǎn)介

1.1 全球定位系統(tǒng)

GPS（全球定位系統(tǒng)）也稱導(dǎo)航衛(wèi)星測(cè)時(shí)和測(cè)距，是美國(guó)第二代衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，從20世紀(jì)70年代開始研制，歷時(shí)20年，耗資200億美元，于1994年全面建成，具有海、陸、空全方位實(shí)時(shí)三維導(dǎo)航與定位能力的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)，由衛(wèi)星、地面控制和用戶接受機(jī)三部分組成，現(xiàn)己在工程測(cè)量、墑蒂殘翁、氣象學(xué)等領(lǐng)域顯示出良好的應(yīng)用前景。

1.2遙感

RS（遙感）顧名思義就是遙遠(yuǎn)地感知，就是不接觸物體，從遠(yuǎn)處通過探測(cè)儀器接收來自目標(biāo)地物的電磁波信息，經(jīng)過對(duì)信息的處理，識(shí)別地物。

1.3地理信息系統(tǒng)

GIS（地理信息系統(tǒng)）是計(jì)算機(jī)軟硬件支持平臺(tái)支持下的采集、處理、管理、顯示、模擬及分析全球地區(qū)性立體化數(shù)據(jù)的信息系統(tǒng)，是集計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、地圖制圖、航空攝影測(cè)量與遙感、數(shù)字圖像處理和數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)等多種學(xué)科和技術(shù)的結(jié)合。

2在水資源領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 在水資源規(guī)劃管理中的應(yīng)用

比較突出的是南非水利林業(yè)部開發(fā)的國(guó)家水資源管理系統(tǒng)，利用GIS模擬發(fā)展前景方案，更好地把握住了國(guó)家水資源管理政策的方向。水資源的科學(xué)規(guī)劃、合理利用是當(dāng)今社會(huì)資源配置的重中之重的大問題。作為一種靈活的工具———GIS用于水資源規(guī)劃管理能夠克服傳統(tǒng)的大尺度戰(zhàn)略規(guī)劃的缺點(diǎn)。借助此類基于GIS的管理系統(tǒng)可以自動(dòng)生成流域自然地理和社會(huì)要素底圖，以及以這些底圖為基礎(chǔ)的流域水資源供需圖、灌溉規(guī)劃圖、水污染分布圖、洪水來源以及洪水影響圖等，還可以完成流域內(nèi)水資源蓄量、分布、水資源與人口分布關(guān)系的分析、水資源與區(qū)域社會(huì)關(guān)系的分析、預(yù)測(cè)信息等地理分布上的查詢和管理，其中包括單一對(duì)象相關(guān)信息的查詢，以及剖面顯示、補(bǔ)給和開采模擬等。

在干旱和半干旱地區(qū)的水資源的管理中，遙感和GIS等高新技術(shù)可以發(fā)揮更大的用。要進(jìn)行水資源管理，第一步就是水資源調(diào)查，對(duì)于湖泊河流，運(yùn)用遙感確定其面積，通過遙感資料和水位資料建立豐、中、枯水期的多時(shí)相圖像及相應(yīng)的水位資料；對(duì)于干旱地區(qū)比較重要的地下水，則運(yùn)用GPS和遙感獲得地質(zhì)、水文地質(zhì)、地層結(jié)構(gòu)、城市環(huán)境分析等信息來尋找；冰川的融雪也是一種寶貴水資源，采用微波遙感技術(shù)可以監(jiān)測(cè)融雪的厚度、性質(zhì)、液態(tài)水在雪中的比例，從而可以估算融雪含水量和預(yù)報(bào)融雪徑流。對(duì)于野外找水，GIS和GPS的結(jié)合則可以確保隨地隨時(shí)的瞬時(shí)定位，用于地下測(cè)量控制和地下鉆孔定位。

2.2 在水資源評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

對(duì)于區(qū)域地下水資源量計(jì)算，實(shí)際工作中一般采用常規(guī)資料計(jì)算，常用的方法有解析法、水均衡法、數(shù)值法等。但如果選擇的參數(shù)不能代表整個(gè)區(qū)域，則計(jì)算結(jié)果的精度不高。遙感的應(yīng)用使這個(gè)問題迎刃而解。地下水處于地面下的含水層空間，無法直接觀測(cè)，可以通過遙感信息獲得表現(xiàn)整個(gè)含水層信息的地質(zhì)地貌信息，通過繪制水文地質(zhì)圖和地貌圖，確定地質(zhì)和水文地質(zhì)參數(shù)，查明地下水的分布狀況確定補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)，從而掌握與地表水的聯(lián)系情況。遙感技術(shù)與常規(guī)方法的結(jié)合則可定量分析區(qū)域的地下水資源量。

對(duì)于大面積的地表水的評(píng)價(jià)，涉及空間信息有行政區(qū)劃、河流水系、等高線等公共信息及水資源評(píng)價(jià)區(qū)劃、水文站控制斷面流域界和水文站點(diǎn)位置等等專業(yè)信息。GPS的應(yīng)用使得水文站點(diǎn)的準(zhǔn)確位置的獲得不成問題。水資源評(píng)價(jià)的的各種信息都是圖、表格等散亂的資料，運(yùn)用GIS高效率進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)就需要將這些資料轉(zhuǎn)換成易于計(jì)算機(jī)處理的信、息。先將各種空間信息的工作底圖掃描成計(jì)算機(jī)圖像信息，通過GIS的圖像配準(zhǔn)功能對(duì)它們進(jìn)行數(shù)字化，形成矢量數(shù)據(jù)。

2.3 在防洪上的應(yīng)用

我國(guó)洪澇災(zāi)害幾乎是不斷的，夏季頻發(fā)于黃河、長(zhǎng)江、淮河等流域，造成的損失不計(jì)其數(shù)。這就要求人們進(jìn)行必要的防洪措施，基于GIS的防洪決策支持系統(tǒng)則應(yīng)運(yùn)而生。它主要功能有建立防洪區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、動(dòng)態(tài)采集和分析洪水演進(jìn)等等，與GPS、RS的結(jié)合，則可以動(dòng)態(tài)獲取洪水演進(jìn)的數(shù)據(jù)、動(dòng)態(tài)分析洪水情勢(shì)，對(duì)于人們做出正確的決策有很大的作用。寧波市于0112年建立的基于GIS防汛網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了全市雨情、水情、工情及防洪決策信息的快速傳遞，并實(shí)現(xiàn)了水情的查詢顯示、水情監(jiān)測(cè)、歷史洪水查詢等功能，而在甬江流域進(jìn)行的洪水預(yù)警和防汛減災(zāi)決策可以根據(jù)流域?qū)崟r(shí)水情信息進(jìn)行快速的洪水預(yù)報(bào)和實(shí)時(shí)校正預(yù)報(bào)，并可預(yù)測(cè)未來洪水變化趨勢(shì)，確定最佳防洪減災(zāi)的洪水調(diào)度方案。

對(duì)于其他一些用常規(guī)方法難以實(shí)現(xiàn)迅即、準(zhǔn)確預(yù)報(bào)的自然災(zāi)害如水質(zhì)污染、漏油、爆炸等人為災(zāi)害運(yùn)用GIS和RS方法則能很快發(fā)現(xiàn)事故發(fā)生地所在。

2.4 在地下水污染方面的應(yīng)用

地下水質(zhì)通常是地下水開發(fā)利用的一種限制性因素，其化學(xué)組成演化比較復(fù)雜，經(jīng)過與巖石間的地球化學(xué)、水化學(xué)、生物化學(xué)的相互作用兼有人類活動(dòng)的強(qiáng)烈影響，具有可以綜合多種信息的GIS有助于解決這些問題。法國(guó)的博斯平原利用地理信息系統(tǒng)解決了諸如確定污染源密度最大的區(qū)域和經(jīng)過某一時(shí)段其空間演變狀況、控制地下水污染的各因素及其相互作用、污染源和含水層易損性及地下水水質(zhì)的相互關(guān)系等等問題。

3 結(jié)語

“3S”在水資源領(lǐng)域的應(yīng)用并不只限于以上幾種，其它如在水資源綜合開發(fā)、水源地生態(tài)環(huán)境的分析、水資源的可持續(xù)利用等方面也起到很大的作用。“3S”的應(yīng)用促進(jìn)了水資源領(lǐng)域的發(fā)展，同時(shí)，水資源領(lǐng)域?qū)Α?S”的需求也促進(jìn)了“3S”的發(fā)展，人們要認(rèn)識(shí)到水資源和“3S”是不斷發(fā)展的概念，隨著技術(shù)的進(jìn)步和社會(huì)需求的變化，其作用和存在意義也不斷發(fā)生變化。隨著數(shù)字化地球的進(jìn)程，將“3S”和水資源結(jié)合起來應(yīng)用意義重大，前景遠(yuǎn)大。

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作者簡(jiǎn)介：

王成（1995.10-）男，漢族，身份證號(hào)：412827199510127013，本科生，河南駐馬店，研究方向：地理信息科學(xué)

范人文（1998.12-）男，漢族，身份證號(hào)：410423199812164312，本科生，河南平頂山，研究方向：地理信息科學(xué)