遙感技術(shù)在新疆地區(qū)水文水資源中的應用分析

(新疆昌吉水文勘測局，新疆 昌吉 831100)

新疆地區(qū)占據(jù)了我國國土面積的六分之一，然而新疆地區(qū)的地表水資源只占我國總地表水的3%，屬于資源性缺水，在新疆地區(qū)水資源主要是以冰川的形式存在于地表，可以以徑流能被利用的地表水資源非常緊缺。加強新疆地區(qū)水量的管理，對于開展水文水資源工作具有重要意義，能過確保相關(guān)部門對新疆地區(qū)內(nèi)各條河流的狀況有一個實時和準確的了解，從而能夠?qū)崿F(xiàn)水資源的科學合理利用，對緩解該地區(qū)用水緊缺情況，保證水資源的“三條紅線”工作有效的進行等發(fā)揮著重要的作用。

遙感技術(shù)作為一種檢測技術(shù)，工作原理主要是通過主傳感器開展信息的采集和傳輸，通過分析所接收到的電磁波信息，將其轉(zhuǎn)變成為圖像信息，從而完成傳感器對遠距離景物進行探測的任務[1]。該技術(shù)主要應用于資源勘測和地質(zhì)測繪工作中。將遙感技術(shù)應用到廣泛應用于第一次資源調(diào)查、地質(zhì)測繪。將遙感技術(shù)應用到水位水資源工作中，可以極大的對測量流程進行簡化，減少勘測所花費的時間，提高數(shù)據(jù)的準確性。

1 新疆地域遙感技術(shù)應用現(xiàn)狀

1.1 水資源保護的應用

由于新疆地區(qū)由于大量冰川的存在被稱之為“固體水庫”，并且是我國多條河流的源頭，但是新疆地區(qū)普遍存在著該區(qū)域河流和湖泊自凈能力差的情況，所以加強新疆地區(qū)的水資源保護具有重要意義，遙感技術(shù)在該方面的應用主要體現(xiàn)在以下幾點[2]：首先，水中懸浮物含量的高度是反映水質(zhì)量高低的重要指標，反射率會隨著水中懸浮物的增加而升高，其反射范圍也會隨著增加。所以，通過建立反演模型能夠?qū)崿F(xiàn)對懸浮物的檢測；其次，對水體營養(yǎng)化反映最重要的指標就是藻類高濃度富集，在可見光的波長范圍內(nèi)，葉綠素可以產(chǎn)生綠色光譜反射峰，在一定范圍內(nèi)的能夠形成較強的反射率。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建遙感和實時數(shù)據(jù)測量之間的關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)反演，并完成對水氧化程度的評價。最后，實現(xiàn)對水污染的監(jiān)測，主要包括兩方面的內(nèi)容，一方面是常規(guī)水污染的監(jiān)測。在正常情況下，當水資源被污染時，其本身的顏色,透明度、密度和溫度等指標對會有出現(xiàn)不同程度的改變，從而造成水資源的反射率出現(xiàn)變化，遙感技術(shù)就會將這種變化在遙感圖像上表現(xiàn)出不同的特征差異。所以，借助遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對水資源污染程度、范圍和濃度等方面的勘測，并進行實時的追蹤。另一方面是突發(fā)性的水污染監(jiān)測，當前，大多數(shù)流域水資源經(jīng)常產(chǎn)生突發(fā)性水污染的情況，為了保證用水的安全性，當出現(xiàn)突發(fā)性水污染后，可以借助小型飛機或衛(wèi)星等遙感設(shè)施實現(xiàn)對水體污染過程的追蹤，從而根據(jù)實際情況制定有效的處理措施。

1.2 水文水資源調(diào)查的應用

1.2.1 降水量監(jiān)測

借助遙感技術(shù)可以得到降水相關(guān)的空間分布特點，該方式主要使用在雨量檢測站和雷達監(jiān)測站相對比較少的區(qū)域。當前，對降水量可以進行評估的主要包括雷達、氣象衛(wèi)星和航空飛機等。在微波遙感中雷達屬于關(guān)鍵的構(gòu)成部分，其工作原理就是大氣內(nèi)的降水因子會對電磁波產(chǎn)生一定的吸收和散射作用，然后再對反射回來的信號進行處理，借助計算機就能夠?qū)涤炅窟M行計算。但是但出現(xiàn)較厚云層時，雷達進行數(shù)據(jù)收集時會出現(xiàn)一定的難度，可以將雷達和衛(wèi)星檢測進行結(jié)合，從而完成對降雨量的測定。

1.2.2 蒸發(fā)量監(jiān)測

通過使用物理的方式通過將地表能量和質(zhì)量轉(zhuǎn)化實現(xiàn)勘測的方法。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，對蒸發(fā)量的評估也越來越準確?？梢酝ㄟ^全遙感信息模型，確定被監(jiān)測點的誤差，并使用野外采點信息，通過在地圖上的選點后，使用相關(guān)儀器對被監(jiān)測點進行收集。例如通過模型特點將模型進行分類，將土壤劃分為多層，一層模型用在地表、植被以及土壤的劃分上，二層模型主要用在對地下土壤、地表植被以及地上熱量三者的余熱計算上，在此基礎(chǔ)上，將遙感技術(shù)應用其中，對蒸發(fā)量進行監(jiān)測，并對地表的數(shù)據(jù)進行探測，將二者有機結(jié)合在一起，能夠了解各地區(qū)地表環(huán)境的蒸發(fā)情況，為蒸發(fā)量的計算奠定了堅實的基礎(chǔ)。

1.2.3 地下水觀測

地下水觀測一直以來在水位測量中屬于重要且繁復的緩解。受多種因素的影響，觀測準確性比較低。隨著遙感技術(shù)的應用，將這一難題有效的解決掉了，對所在區(qū)域的地表植被和地形等特點能夠間接的獲取地下水信息，雖然不能對地下水進行直接的觀測，但地下水反映在地表植被信息中，能夠利用遙感影像解譯，從而獲得相應的水文信息。如針對地表巖性，可利用現(xiàn)代遙感技術(shù)獲得遙感圖像，然后根據(jù)巖性地層翻譯結(jié)果結(jié)合巖性不同的透水性能使下墊面類型因簡化而形成一定的普遍性，最后經(jīng)組合共性特征再進行具體分析和科學判斷。地貌、植被覆蓋、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)要素往往與水文地質(zhì)條件聯(lián)系密切，如此一來，通過提取遙感影像結(jié)構(gòu)、色調(diào)、形態(tài)等要素，便可合理判斷含水層位置以及相富水層等信息，同時結(jié)合已有勘測資料可就地下水情況做出合理評價。

1.3 評估洪澇災害應用

在所有自然災害中，涉及范圍較大，危險性較嚴重的災害之一便是洪澇災害，洪澇災害導致的直接或者間接的損失十分嚴重。因此，通過使用RS技術(shù)進行動態(tài)檢測洪澇災害，能夠精確的計算出洪水波及的范圍以及面積，并且可以幫助控制洪澇災害提供必要的依據(jù)。伴隨RS技術(shù)越來越完善和一些新數(shù)據(jù)源的應用，在洪澇災害監(jiān)管方面RS技術(shù)也取得了不小的進步。例如：某些業(yè)內(nèi)人員使用GIS和RS兩種技術(shù)，數(shù)據(jù)源為Radarsat攝影，進行淮河的動態(tài)檢測，并在短時間內(nèi)對災情進行了評估。土壤本身存在的濕度以及土壤中的含水量就是土壤水分，它與地下水以及地表水緊密相連，若土壤水分出現(xiàn)大范圍流失，就會導致干旱。目前，許多專家都在重點研究如何使用RS技術(shù)檢測土壤水分與旱情，并且就這個問題也提出了很多檢測方法，并且根據(jù)遙感光譜波段將其分為微波遙感以及光學遙感兩類。如利用遙感技術(shù)對土壤流失、侵蝕動態(tài)等進行監(jiān)測，其中地形、土地、植被、降雨量、人為等與土壤侵蝕有關(guān)的元素是主要監(jiān)測對象，在此基礎(chǔ)上借助逐像比較、分類對比以及兩者結(jié)合等方法完成動態(tài)監(jiān)測等，同時構(gòu)建水土流失定量計算模型研究水土流失情況，以便發(fā)現(xiàn)隱患及時預防和治理，從而盡量減少水土流失，保持水土平衡。此外，利用光學遙感、微波遙感等技術(shù)還可監(jiān)測土壤水分、預測旱情。

2 水位遙感儀小流域洪水檢測分析

2.1 水位遙感儀的介紹

該儀器主要構(gòu)成部分包括水位傳感器、無線發(fā)射器、存儲器、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)定時采集傳輸給計算機系統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)等[3]。在一些供電不能直接到達的區(qū)域，可以安裝太陽能電池等其他供電方式進行12V直流電源的供給。見圖1。

圖1 水位遙感儀的工作原理

2.2 水位遙測儀的布設(shè)

依照是否與水發(fā)生接觸的不同情況，可以將水位傳感器分為接觸式浮子方式和非接觸式超神波檢測方式兩種對水文情況進行檢測。依照不同河流的特點接觸式浮子方式在進行布設(shè)時可以采用岸式和島式兩種(見圖2、圖3)。岸式就是借助管道將豎井和河道進行連接，從而確保豎井內(nèi)水位和河道水位保持一致，然后通過豎井內(nèi)的浮子進行水位的記錄，從而實現(xiàn)對河道水位的檢測，這種方式操作人員在岸上就可以操作完成。島式，就是將豎井直接的建立在河道內(nèi)，然后借助豎井內(nèi)的浮子進行河道水位的記錄，操作人員可以通過連接豎井棧橋到井臺。

圖2 岸式自記水位計

圖3 島式自記水位計

非接觸式超神波檢測方式，就二十借助雷達或者是超聲筆等探頭，不和水發(fā)生直接接觸，通過向水內(nèi)發(fā)射信號然后接受這回信號的方式進行水位的計算，這種方式需要的工具就是能夠延伸到河道內(nèi)的橫臂支架。

圖4 非接觸式自記水位計

2.3 建立模型

無論是接觸式還是非接觸式，在儀器安裝完成后，通過遙測水位計在河道獲得的數(shù)據(jù)通過數(shù)字遠傳，將信號向水文測站或其他部門進行發(fā)射。在水文測站等部門接收到信號后，通過軟件處理，就可以從顯示終端( 工作計算機) 上直接得出實時水位和動態(tài)的變化過程。其工作流程示意圖見圖5。

圖5 水位遙測儀的工作流程示意圖

(1)建立預警報系統(tǒng)。在建立小流域洪水警報時可以采用DEM數(shù)字的高程數(shù)據(jù)[4]，從而實現(xiàn)預報計算、數(shù)據(jù)查詢、降雨場次計算和建立電子地圖等。此外，還可以通過對將于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，對流域的流量和未來降水情況進行預測，從而制定有效的預防措施。

(2)收集勘測數(shù)據(jù)。這就需要對DEM數(shù)據(jù)和該區(qū)域內(nèi)的電子地圖信息進行收集等。固定性流域，可以根據(jù)所在地形對流域的劉桐赫分布進行計算，參照降雨強度對回流時間進行分析，并計算出概率密度。

(3)建立模型。通過遙感技術(shù)，構(gòu)建雨量、水庫和流域等相關(guān)模型。所謂的雨量模型就是對雨量站和子流域間的聯(lián)系進行分析，計算出雨量蓄積數(shù)，明確雨水最大承受力。流域模型的建立作用就是對徑流形成和空間構(gòu)造等進行分析。水庫模型，就是通過周圍流域狀況的分析，為建立壩址進行演算工作，獲取準確有效的相關(guān)數(shù)據(jù)。

(4)DEM處理。一些列模型在建立后，需要使用DEM進行處理，在圖形中將堤防標注出來，通過對凹陷點的填充然后提防的處理，并在DEM位置將堤防位置提升。此外，通過將平原、河道等繪制在地形圖上，對DEM相應位置高程進行降低處理。

(5)借助DEM對河道水斷面形狀進行確定，然后進行流速的計算，主要采用的方式為拋物線或者是三角形等。通過模型，建立河段動態(tài)模擬，對河道洪水進行驗算，從而實現(xiàn)流量、河段和河網(wǎng)節(jié)點等預報，起到有效的預防作用。

3 結(jié)語

綜上所述，為了顯著改善現(xiàn)在僅有的水資源，我們必須認真面對目前我國水資源的現(xiàn)狀以及認真處理存在的問題。對這些問題要嘗試采用各種有效措施，與此同時也要提供一套健全的環(huán)保水處理技術(shù)體系，并不斷創(chuàng)新研究提升水源使用率，保證居民生活以及工農(nóng)業(yè)用水都能得到很好的保障。

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[2]羅棟.遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的運用[J].農(nóng)業(yè)科技與信息.2016(7):126-127.

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[4]陳甫，袁延泰.水文水資源工作中遙感技術(shù)的應用分析[J].科研.2016(8):00238-00238.

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