3S 技術(shù)在水文與水資源工程上的應(yīng)用

王 健 蘇建偉

（1、黑龍江省齊齊哈爾水文局，黑龍江 齊齊哈爾161000 2、黑龍江省水利水電勘測設(shè)計研究院，黑龍江 哈爾濱150080）

新時期，為了不斷提高水文與水資源工程建設(shè)水平，要重視引入更加高效的技術(shù)措施，進(jìn)一步加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用能力，以不斷提高建設(shè)效率與質(zhì)量，結(jié)合對3S 技術(shù)的研究，提出了具體的應(yīng)用策略。

1 3S 技術(shù)概述

3S 技術(shù)應(yīng)用了現(xiàn)代化高科技技術(shù)理念，通過遠(yuǎn)程遙感技術(shù)配合地理信息系統(tǒng)和全球定位系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的綜合運(yùn)用。3S技術(shù)是各項(xiàng)技術(shù)的及和應(yīng)用體現(xiàn)，通過將計算機(jī)技術(shù)、衛(wèi)星定位技術(shù)以及通信技術(shù)等多項(xiàng)技術(shù)靈活運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集和分析，將大量數(shù)據(jù)資料高效處理，使數(shù)據(jù)應(yīng)用更加精準(zhǔn)，工作效率提高。

遙感技術(shù)也稱為RS，利用人造衛(wèi)星飛行器實(shí)現(xiàn)信息的遠(yuǎn)程收集，通過對特定目標(biāo)的探測，達(dá)到數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)獲取效果。遙感技術(shù)在進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和傳輸時，運(yùn)用了信息的自動獲取和存儲功能，可以準(zhǔn)確獲得輸入的信息采集指令，使系統(tǒng)的信息數(shù)據(jù)庫不斷完善。

地理信息系統(tǒng)也稱為GIS，它是將主要的數(shù)據(jù)系統(tǒng)安裝到計算機(jī)系統(tǒng)中，將獲得的數(shù)據(jù)信息存儲以后，使數(shù)據(jù)信息得到掃描和運(yùn)用，用來完善更龐大的空間信息系統(tǒng)。該項(xiàng)技術(shù)可以運(yùn)行并處理大量的信息，實(shí)現(xiàn)信息的功能分類，保證信息的應(yīng)用效果。

全球衛(wèi)星系統(tǒng)又被稱為GPS，它利用衛(wèi)星完成遠(yuǎn)程導(dǎo)航、定位、測時、測距等功能。有了遠(yuǎn)程定位，出行時只需要在該系統(tǒng)的幫助下經(jīng)過特定的路線，就可以達(dá)到指定的目的地，為城市交通及日常出行提供了巨大的便利。

2“3S”技術(shù)在水文與水資源方面的應(yīng)用

2.1 遙感技術(shù)在水文與水資源方面的應(yīng)用

2.1.1 監(jiān)測徑流量。利用遠(yuǎn)程遙感技術(shù)可以對特定區(qū)域表面的土壤狀況進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，同時分析該地區(qū)水體蒸發(fā)量，判斷地下水及地表水的相對數(shù)值。收集數(shù)據(jù)后，可以應(yīng)用水文結(jié)構(gòu)模型，對這片區(qū)域的水體存儲量做初步的估算。遙感技術(shù)能夠保證部分區(qū)域收集數(shù)據(jù)的完整性和全面性，數(shù)據(jù)采集更加快捷。該項(xiàng)技術(shù)獲得了大量的實(shí)時信息數(shù)據(jù)，因此可以建立特定的水文結(jié)構(gòu)模型，更精準(zhǔn)的完成徑流量數(shù)據(jù)判斷。

2.1.2 蒸發(fā)量監(jiān)測。蒸發(fā)量所承載的能量能夠起到中間的平衡作用，保證生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。目前，多個領(lǐng)域已逐步應(yīng)用遙感技術(shù)，由于其強(qiáng)大的測量效果，可以獲得更精準(zhǔn)的蒸發(fā)量數(shù)據(jù)。收集的數(shù)據(jù)需要運(yùn)用不同的計算方法，以完成特定的應(yīng)用效果，計算方法包括：統(tǒng)計經(jīng)驗(yàn)法、全遙感信息模型法、能力余項(xiàng)法。蒸發(fā)量檢測可以對土壤的多層結(jié)構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，監(jiān)測土壤地表的實(shí)時數(shù)據(jù)特征，通過探測數(shù)據(jù)，建立日蒸散技術(shù)模型，進(jìn)而對地表的蒸發(fā)狀態(tài)進(jìn)行判斷。

2.1.3 監(jiān)測土壤和地表水分。對土壤內(nèi)部水分進(jìn)行監(jiān)測，需要運(yùn)用微波遙感方法和光學(xué)遙感方法。監(jiān)控土壤水分有助于完成對地表水以及地下水的判斷，進(jìn)而初步了解地下水的實(shí)際徑流組成及相應(yīng)的物質(zhì)含量。因?yàn)樗牡南鄬π畔a(chǎn)生變化，所以需要利用精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)完成土壤圖紙繪制，搭配遙感技術(shù)完成數(shù)據(jù)的采集和監(jiān)控，精準(zhǔn)的獲取微妙的數(shù)據(jù)變化信息，提高監(jiān)控效率，實(shí)現(xiàn)對土壤水分的動態(tài)監(jiān)測。

2.2 地理信息系統(tǒng)在水文與水資源方面的應(yīng)用

2.2.1 在水資源管理方面的應(yīng)用。我國水資源管理系統(tǒng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了對特定區(qū)域水資源系統(tǒng)的全面監(jiān)控。建立水資源管理監(jiān)測體系，完成了對水文水資源領(lǐng)域的動態(tài)監(jiān)察。結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)，采集大量的數(shù)據(jù)信息，構(gòu)建龐大的水資源系統(tǒng)管理模型，使水資源管理效率得以提高。比如：在黃河下游區(qū)域淡水資源信息進(jìn)行檢測時，可以利用數(shù)據(jù)完成對下游支流水體的高效管理，進(jìn)而對水體做最大效率的開發(fā)和利用。

2.2.2 在地下水資源勘查方面的應(yīng)用。通過對地下水資源精準(zhǔn)的勘察和判斷可以完成對水資源的管理和保護(hù)，有了大量的數(shù)據(jù)支持，能夠?qū)Φ叵滤畬拥牡刭|(zhì)狀況和水層邊界特征進(jìn)行準(zhǔn)確的標(biāo)注，進(jìn)而根據(jù)空間分布狀況，完成水體的利用。結(jié)合地理信息系統(tǒng)技術(shù)，獲取地下水深度的相關(guān)數(shù)據(jù)，分析采集使用地下水存在的技術(shù)難度，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)模型構(gòu)建，準(zhǔn)確判斷地下水的實(shí)際特征和流動規(guī)律，將重要的數(shù)據(jù)信息收納到空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，提高信息的查詢和檢索效率，從而完成對地下水動態(tài)形式的精準(zhǔn)判斷，為地下水的開發(fā)和使用提供幫助。

2.2.3 在流域面雨量計算方面的應(yīng)用。流域面雨量與水庫調(diào)度、水資源管理、城市供水等系統(tǒng)有緊密的關(guān)聯(lián)，因此，獲得的數(shù)據(jù)有更高的應(yīng)用價值。流域面雨量通常有以下三種計算方法：三角形法、算術(shù)平均法、等雨量線法。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域的不同，采取特定的計算方法，進(jìn)而保證計算精度，減少計算誤差。地理信息系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用時存在較高的數(shù)據(jù)獲取難度，在計算法應(yīng)用階段，為了避免出現(xiàn)大的數(shù)據(jù)誤差，通常會對不同流域的雨量分別計算，避免了動態(tài)數(shù)據(jù)對特定區(qū)域雨量的限制和影響。

2.3 全球定位系統(tǒng)在水文與水資源方面的應(yīng)用

2.3.1 全球定位系統(tǒng)在流量與水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用。全球定位系統(tǒng)能夠完成對我國水體流域的精準(zhǔn)定位，了解特定區(qū)域水體的實(shí)際流動變化狀況，幫助完善對于洪水期的數(shù)據(jù)采集工作，提高了水文檢測的工作效率。水質(zhì)監(jiān)測方面應(yīng)用全球定位系統(tǒng)，能夠精準(zhǔn)判斷特定河道、湖面以及海洋的水質(zhì)狀況，從而了解水體實(shí)際的被污染程度以及水體的相對變化數(shù)據(jù)，便于對水體的有效管理。

2.3.2 全球定位系統(tǒng)在洪水調(diào)度中的應(yīng)用。全球定（轉(zhuǎn)下頁）位系統(tǒng)可以幫助完成洪水調(diào)度時的數(shù)據(jù)采集，利用建立的水質(zhì)采集和傳輸系統(tǒng)，收集特定流域的水質(zhì)變化數(shù)值，并將這些數(shù)據(jù)信息繪制成水位變化曲線，了解特定時間范圍內(nèi)水體的變化趨勢。全球定位系統(tǒng)能夠完成數(shù)據(jù)的動態(tài)定位收集，并可以保證收集數(shù)據(jù)的精度，有了大量的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，可以對洪水的實(shí)際變化趨勢進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)判，相關(guān)人員利用這些數(shù)據(jù)能夠完成防洪的準(zhǔn)備工作，降低了防洪的工作難度。

3 3S 技術(shù)在水文與水資源工程上的應(yīng)用

3.1 3S 技術(shù)運(yùn)用于水文與水資源工程規(guī)劃中

水文與水資源工程規(guī)劃關(guān)乎著社會發(fā)展的進(jìn)程，通過對特定區(qū)域水資源的有效開發(fā)和使用，能夠提高水資源的實(shí)際應(yīng)用效果，使重要的水資源不被浪費(fèi)。開展水資源規(guī)劃工作時，需要采集大量的數(shù)據(jù)信息，以便進(jìn)行資源的合理分配。傳統(tǒng)的采集技術(shù)需要耗費(fèi)大量的人力、物力和時間，當(dāng)應(yīng)用3S 技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集后，可以在短時間內(nèi)完成大范圍的數(shù)據(jù)收集，提高了收集數(shù)據(jù)的效率，為水文與水資源工程的規(guī)劃提供了便利。比如：當(dāng)進(jìn)行特定流域的水量判斷時，該項(xiàng)技術(shù)可以對特定區(qū)域的水體流量進(jìn)行精準(zhǔn)分析，然后通過建立的模型完成對水體的變化判斷。

3.2 3S 技術(shù)運(yùn)用于水環(huán)境污染監(jiān)測中

通過對我國水體環(huán)境的污染程度分析得知，我國的水體污染程度正日益嚴(yán)重，利用3S 技術(shù)完成對水環(huán)境污染的監(jiān)測，能夠更好的完成水環(huán)境污染的治理。被污染的水體存在一定的污染等級。利用3S 技術(shù)收集被污染水體的數(shù)據(jù)信息，同時利用遙感技術(shù)進(jìn)行區(qū)域的水體變化監(jiān)測，進(jìn)而對特定區(qū)域的水體變化狀況進(jìn)行判斷。遙感影像技術(shù)能夠?qū)λw污染狀況實(shí)時監(jiān)測，搭配收集的數(shù)據(jù)信息，對特定區(qū)域進(jìn)行科學(xué)的治理和防范，避免水污染程度的加劇。

3.3 3S 技術(shù)運(yùn)用于水文與水資源防洪中

洪災(zāi)嚴(yán)重威脅著我國人民生命和財產(chǎn)的安全，如果能對這種巨大的自然災(zāi)害進(jìn)行提前的預(yù)警，能夠有效避免出現(xiàn)的巨大損失。利用3S 技術(shù)完成水文與水資源的實(shí)時監(jiān)控，為防洪工作提供更大的幫助。結(jié)合GPS 定位系統(tǒng)，判斷水體的動態(tài)數(shù)據(jù)信息，完成洪災(zāi)的預(yù)防工作。獲取與洪災(zāi)區(qū)域相關(guān)的影像資料以后，利用獲得的精準(zhǔn)數(shù)據(jù)完成模型的構(gòu)建，可以對洪災(zāi)進(jìn)行有效的預(yù)防，從而建立的多套防災(zāi)方案，降低洪災(zāi)可能造成的損失。

3.4 3S 技術(shù)運(yùn)用于水文與水資源的水土保護(hù)中

我國水土流失關(guān)乎著區(qū)域內(nèi)的實(shí)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)度，所以，采集特定區(qū)域水文與水資源的變化數(shù)據(jù)，有利于對該區(qū)域發(fā)展進(jìn)行保護(hù)。利用3S 技術(shù)完成水體保護(hù)工作時，仍然需要依托高效的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，進(jìn)而完成水體保護(hù)工作。3S 技術(shù)還需要搭配其他的數(shù)據(jù)收集和分析系統(tǒng)，完成對數(shù)據(jù)的整理工作以后，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和判斷，確定高效的治理辦法。水體保護(hù)工作需要收集大量與水體流失相關(guān)的數(shù)據(jù)信息，在對這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析和管理的同時，建立數(shù)據(jù)分析模型，以動態(tài)監(jiān)控的方式，為水土保護(hù)工作提供數(shù)據(jù)支持，進(jìn)而制定科學(xué)有效的保護(hù)辦法，實(shí)現(xiàn)區(qū)域的水文與水資源水土保護(hù)。

總之，結(jié)合以上闡述，提出了3S 技術(shù)的實(shí)踐運(yùn)用策略，作為技術(shù)人員，要重視結(jié)合工程實(shí)際，有效的采取更加完善的技術(shù)措施，從而才能為相關(guān)工作順利開展提供有效保證。