3S技術在水文與水資源工程上的應用

摘要：隨著科技的快速發(fā)展，3S技術在各個領域得到廣泛應用。3S技術可以解決水文與水資源工程中的管理和實際應用，3S技術的應用也是水文與水資源工程發(fā)展的迫切要求和必然趨勢。本文通過簡介3S技術及其在水文與水資源工程中的應用實例，并指出存在的主要問題，展現(xiàn)了3S技術在水文與水資源工程中應用的廣闊前景。

關鍵詞：地理信息系統(tǒng)（GIS）遙感（RS）全球定位系統(tǒng)（GPS）水文與水資源工程

1、引言

水文與水資源工程以地球科學基本理論為基礎，以水資源為主要研究對象，系統(tǒng)學習水資源的分布、形成、演化等方面的專業(yè)知識和技能，并將其應用于水信息的采集和處理，水資源的規(guī)劃與開發(fā)、評價與管理等工作中。隨著科技的快速發(fā)展，3S技術在各個領域得到了廣泛應用。與高新技術接軌，不僅是水文與水資源工作的迫切需求，也是整個水利行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。水的時空分布特性和3S技術的空間特性及其強大的對海量數(shù)據(jù)的處理能力，決定了3S技術會在水文與水資源諸多領域如水循環(huán)、水環(huán)境質量評價及水資源合理有效利用等方面發(fā)揮重要作用。

2、3S技術的基本原理

通過3S技術的應用，可以以RS完成遙感影像圖的獲取，有著快速和實時、動態(tài)的信息功能，保證地理信息系統(tǒng)能夠得到及時的、準確的、綜合的資源與環(huán)境方面的數(shù)據(jù)，按照實際需要，對GIS數(shù)據(jù)庫進行及時的更新。

GIS可以進行地理數(shù)據(jù)方面的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)計算及數(shù)據(jù)分析，幫助遙感信息完成提取與分析、應用，提供必要手段與輔助的數(shù)據(jù)，使遙感數(shù)據(jù)自動分類的精度得到提高。而GPS還可以通過實時的、連續(xù)的對地球任意點經(jīng)緯和高程的確定，對物體維和時間的精確，提供準確的空間定位和數(shù)據(jù)，以識別遙感圖像完成地面控制與樣本像元類型的判斷，幫助圖像完成幾何校正與投影的變換，更好的完成分類服務。

3、3S技術在水文水資源工程上的具體應用分析

在水文水資源方面，可以使用RS和GPS收集基礎數(shù)據(jù)資料，通過衛(wèi)星遠距離的資料傳輸，利用GIS進行編輯整理，并建立一個統(tǒng)一的數(shù)字化信息管理中心和虛擬的數(shù)據(jù)庫平臺，以各種水文專用模型對實測數(shù)據(jù)進行模擬、分析和預測，為水文水資源工作提供可靠的數(shù)據(jù)。

3.1水文勘測

對研究區(qū)域的湖泊或者江河圖形與圖像等資料進行收集，按照光譜特性與樣本特征，建立起解譯的標志，完成遙感圖判讀。應用GPS完成野外實地的定點、定位校核，對勘測區(qū)域的校核點進行數(shù)據(jù)庫的分類和建設，評價勘測的結果。通過數(shù)字高程模型的建立，對等高線、面積、體積進行計算，確定沿江的地形和地貌特征及植被的分布規(guī)律。

3.2水文模擬

DEM分布式的水文模型作為現(xiàn)代水文模擬的技術發(fā)展趨勢，是水文模型重要的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段，水文模擬技術的發(fā)展是把水文模型和GIS結合在一起，使GIS數(shù)據(jù)可以在數(shù)據(jù)管理和空間分析、可視性等功能得到充分的利用。DEM也是GIS重要的數(shù)據(jù)構成，提取流域重要水文參數(shù)，例如：流域坡度和坡向、匯流網(wǎng)絡及流域界線等方面。水文模型的建立，可能使流域內土壤、植被和大氣中水運動進行模擬，完成地表與地下水演算。

3.3水文預報

以RS完成衛(wèi)星云圖和氣象信息資料的及時接收，再結合自動監(jiān)測的相關設備與系統(tǒng)，通過GI信息平臺，完成動態(tài)電子地圖在水文信息方面的查看，也可以通過模型庫與人工神經(jīng)網(wǎng)絡及回歸分析等理論與方法，完成水文要素的科學預測，例如：降水和洪峰流量、持續(xù)的時間等，幫助完成水量的調度與防汛、抗災，提供十分科學、準確、及時的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.4防洪抗災

對于防洪抗災來說，初始階段最重要的是洪水預報。要在洪水到來之前及時發(fā)出準確的預報，數(shù)據(jù)的采集至關重要。采用GPS建立流域的空間參考基準及大地控制網(wǎng)，獲取基礎地理數(shù)據(jù)，并提供洪水的靜態(tài)和動態(tài)位置信息，在洪水形成初始階段的風險評估及洪災發(fā)生后的損失評估范圍方面起到范圍控制的作用。利用RS獲取流域內的影像數(shù)據(jù)，并利用GIS獲取數(shù)字矢量地圖（DLG）、數(shù)字高程模型（DEM）和數(shù)字正射影像圖（DOM）等信息。獲取監(jiān)測數(shù)據(jù)后，利用洪水期不同時間的高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)、流域各測站的監(jiān)測數(shù)據(jù)和GIS中的數(shù)字矢量地圖數(shù)據(jù)進行疊加分析，獲得流域洪水動態(tài)信息，如相對警戒水位，為調控系統(tǒng)決策提供依據(jù)或參考哪。在災情預測與對策系統(tǒng)中，利用DLG、DEM、DOM數(shù)據(jù)和土地利用與土地覆蓋數(shù)據(jù)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)，對可能的受災區(qū)進行多種方案的仿真和虛擬，通過評估，力求將損失降低到最低程度。

3.5水環(huán)境自動監(jiān)測

水環(huán)境的自動監(jiān)測包括數(shù)據(jù)庫和計算機的通信網(wǎng)絡作為基礎，以自動化監(jiān)測設備和3S技術結合在一起，保證水環(huán)境要素能夠實時、高效而高精度的實現(xiàn)在線監(jiān)測。既有監(jiān)測信息獲取和存儲，也有監(jiān)測信息的分析、管理和評價。對水渾濁程度和PH值等進行定量監(jiān)測，再結合GPS完成污染位置的定性監(jiān)測，實現(xiàn)地面沉降的監(jiān)測。以GIS與RS技術完成水域分布、水體沼澤、水體富營養(yǎng)、泥沙污染及水土流失等變化的實時監(jiān)控。

3.6斷層富水分析

斷層貯存了豐富的地下水，以集水的廓道和導水通道來分析斷層富水的程度，這對于富水區(qū)分析來說，具有十分重要的意義，可以充分發(fā)揮出GIS數(shù)據(jù)分析的功能。對斷層富水程度的分析，為了為工程水資源勘查提供充分的依據(jù)，更好的為工程服務。按照水文地質的相關理論，可以判斷出斷層富水程度和斷層巖石類型及斷層力學、規(guī)模、活動性等有直接的關系。根據(jù)斷層力學的性質進行分析，張性與張扭性斷層的結構十分疏松，而且多有空隙，具有很強的透水性與含水性，屬于富水斷層。

4、存在的主要問題

3S技術的綜合應用是目前3S技術在水文與水資源工程應用中存在的主要問題。GIS、RS和GPS三項技術的綜合應用并不是簡單的技術疊加，而是三者之間的有機組合。GIS、RS和GPS三者集成利用，構成為整體的、實時的和動態(tài)的對地觀測、分析和應用的運行系統(tǒng)，提高了GIS的應用效率。但在該領域的實際應用中，針對不同的應用階段，較為常見的是3S兩兩之間的集成，即GIS和RS、GPS和GIS集成等，同時集成并充分發(fā)揮3S技術的應用實例則較少。因此，很多方面并沒有實現(xiàn)3S技術真正意義上的集成，且其中的各項技術都還不夠成熟，3S技術綜合應用的作用還沒有得到充分發(fā)揮。

5、結語

要在水文與水資源工程中更好地應用和發(fā)展3S技術，必須在進一步加強標準化、規(guī)范化的基礎上，加快完善3S技術的綜合應用，充分發(fā)揮3S技術現(xiàn)有的和潛在的功能，并且與網(wǎng)絡計算機等高新技術以及水文與水資源管理本身的技術緊密地結合在一起，為水利信息和現(xiàn)代化做出科技貢獻。

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作者簡介：袁觀杰（1997.01.13-）男，漢族，湖北省咸寧市，身份證號：422326199701135858，本科生，研究方向：地理信息科學