遙感技術(shù)在水文水資源管理領(lǐng)域的應(yīng)用

徐瓊

摘 要：我國水資源匱乏且分布不均，各地區(qū)需要根據(jù)本地實(shí)際情況，提出相應(yīng)對策對水資源進(jìn)行協(xié)調(diào)和管理。利用遙感技術(shù)對水文水資源進(jìn)行管理，是我國當(dāng)前的新型水資源管理方式。本文以安陽水文站為試點(diǎn)，探討遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的具體應(yīng)用及其應(yīng)用優(yōu)勢，為各地水文水資源管理提供可行性建議。

關(guān)鍵詞：遙感技術(shù);水文水資源管理;監(jiān)測模式

中圖分類號：P332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）18-0066-03

Abstract： Water resources are scarce and unevenly distributed in China， so every region should put forward corresponding countermeasures to coordinate and manage water resources according to local conditions. Using remote sensing technology to manage hydrology and water resources is a new type of water resources management mode in China in the new period. The purpose of this paper is to study the advantages of remote sensing technology in the field of hydrology and water resources， and to explore the specific application of remote sensing technology in the Anyang hydrological station as a pilot， so as to provide feasible suggestions for the management of Hydrology and water resources in various places.

Keywords： remote sensing technology;hydrology and water resources management;monitoring mode

遙感技術(shù)作為現(xiàn)代新型科學(xué)技術(shù)，在我國水文水資源領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛。遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對水文狀況和水資源信息的精準(zhǔn)探測，并整合收集的信息和數(shù)據(jù)，以更直觀和形象的表現(xiàn)形式如圖片、音頻、視頻等方式呈現(xiàn)，幫助工作人員精準(zhǔn)地識別目標(biāo)形態(tài)和狀態(tài)。在水文水資源領(lǐng)域合理運(yùn)用遙感技術(shù)，能夠有效減少工作量和降低人力資源成本，提高資源的合理使用效率。

1 遙感技術(shù)應(yīng)用于水文水資源管理領(lǐng)域的優(yōu)勢

遙感技術(shù)借助物體的電磁波反射和輻射，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)測目標(biāo)的數(shù)據(jù)收集和歸納分析。整理收集和歸納分析得到的數(shù)據(jù)信息，通過技術(shù)手段將電磁波信號轉(zhuǎn)化成影像數(shù)據(jù)，能夠?qū)崿F(xiàn)對監(jiān)測目標(biāo)更形象、更直觀地展示。遙感技術(shù)是一種以飛機(jī)、衛(wèi)星設(shè)備或其他相關(guān)的飛行裝置為負(fù)載體，通過專門的傳感器，對地面目標(biāo)的電磁信息進(jìn)行收集、整理和分析，以此來判斷該地區(qū)環(huán)境以及相關(guān)地籍資料的技術(shù)。任何物體在不同的狀態(tài)下都可以由自身發(fā)射出不同的電磁波，即人們常說的物體具有一定的輻射特性[1]。將遙感技術(shù)應(yīng)用于水文水資源領(lǐng)域，對保證我國水文水資源資料的完整性和促進(jìn)我國各部門在水文水資源管理方面的研究都具有重要作用。遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用具有諸多優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 突破地域局限

在早期水文水資源監(jiān)測中，主要依靠人力來搜集信息，這導(dǎo)致最終收集到的信息資源往往是片面的和不完整的。一旦出現(xiàn)一些諸如惡劣天氣、復(fù)雜地形等人力無法對抗的因素，就會使水文水資源監(jiān)測工作無法順利進(jìn)行。遙感技術(shù)的出現(xiàn)不僅打破了地域局限，還降低了氣候、天氣等因素對水文水資源監(jiān)測的影響，使得我國在水文水資源監(jiān)測和管理方面的工作變得更加便利和高效。

1.2 有效捕獲各種光源

光源類型多種多樣，主要包含不可見光和可見光兩大類。遙感技術(shù)作為一種新型技術(shù)，不僅可以捕捉到紫外線、紅外線和其他微波信息，還可以識別一些人眼無法識別的物體特征。遙感技術(shù)的出現(xiàn)突破了之前水文水資源監(jiān)測管理中的范圍局限，擴(kuò)大了當(dāng)前水文水資源監(jiān)測管理工作的界限。在早期的水文水資源監(jiān)測中，由于受到雨雪、冰雹、霧氣以及地表植被等因素的干擾，傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)信息的精準(zhǔn)化。遙感技術(shù)則擺脫了以上干擾，通過不間斷地工作，保障了我國水文水資源資料的完整性，為我國水文水資源管理和監(jiān)測提供了技術(shù)支持。

1.3 信息采集高效化

在遙感技術(shù)出現(xiàn)之前，人工作業(yè)下的水文水資源監(jiān)測工作時(shí)間長，而且涉及人為干擾環(huán)節(jié)較多。在多種可知和未知因素干擾下，勘測結(jié)果的準(zhǔn)確性往往無法保障。遙感技術(shù)利用衛(wèi)星進(jìn)行遙感監(jiān)測，成像周期短，在短時(shí)間內(nèi)就可以完成對水文水資源的采集任務(wù)，通常只需要一次性監(jiān)測即可完成任務(wù)。應(yīng)用遙感技術(shù)，使得水文水資源信息的容量和精確度都大大領(lǐng)先于人工信息采集方式[2]。

2 遙感技術(shù)在水文水資源管理領(lǐng)域的具體應(yīng)用

本文以安陽水文站為試點(diǎn)單位。安陽水文站位于海河流域南運(yùn)河水系衛(wèi)河支流，安陽河中下游，包括河道站、基本水文站和山前區(qū)域代表站3個(gè)子站，屬于安陽市區(qū)洹河河道防汛的重要單位。它的基本斷面以上集水面積為1 484 km2。

2.1 勘測水資源

遙感技術(shù)在勘測水資源方面的應(yīng)用，主要指遙感技術(shù)對地面的河流、湖泊以及水位的遙測監(jiān)控記錄，見圖1。通過整合收集到的信息，形成清晰的圖像，以精準(zhǔn)地分辨出湖泊、地形、河流的基本形態(tài)，從而得出不同地形和地貌對河流湖泊的影響[3]。對于地下水資源系統(tǒng)的監(jiān)測，遙感技術(shù)更多是通過監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的地質(zhì)情況，根據(jù)反饋的信息資源，對地下水資源系統(tǒng)的完整性和水量進(jìn)行分析，得出地下水資源的分布范圍和特點(diǎn)，從而進(jìn)一步獲得地下水資源生態(tài)系統(tǒng)的內(nèi)部平衡關(guān)系，最終實(shí)現(xiàn)水資源勘測和保護(hù)最優(yōu)化的目標(biāo)。

2.2 徑流量預(yù)測與預(yù)報(bào)

遙感技術(shù)對信息數(shù)據(jù)的處理速度極快，輸入對所監(jiān)測區(qū)域內(nèi)水資源的模型信息，可以計(jì)算相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。因此，將遙感技術(shù)與水文氣象站的相關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)合起來，可以實(shí)現(xiàn)徑流量預(yù)測與預(yù)報(bào)。遙感技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)河流徑流數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)測算，對于河流的徑流量預(yù)測與預(yù)報(bào)主要是根據(jù)土壤、地形、地貌以及綠植等相關(guān)因素，再結(jié)合區(qū)域內(nèi)的降水量、蒸發(fā)量等相關(guān)數(shù)據(jù)，從而推導(dǎo)出河流的徑流量預(yù)測與預(yù)報(bào)[4]。在早期徑流量預(yù)測中，人們就積極嘗試?yán)眠b感技術(shù)來獲取相關(guān)信息，如今還可以通過衛(wèi)星云圖和水紋模型來分析土壤與植被情況，通過雷達(dá)預(yù)測降水量信息，以此實(shí)現(xiàn)對徑流量的預(yù)測。2020年6月安陽站預(yù)測成果表，如表1所示。

2.3 水資源保護(hù)

在水文水資源保護(hù)方面，遙感技術(shù)除了監(jiān)測光、地形等因素來獲取水文水資源情況外，還可以通過水文水資源表面的懸浮物來鑒定區(qū)域內(nèi)水文水資源的水質(zhì)情況。懸浮物的沉降、多少、分布及擴(kuò)散程度等都直接影響區(qū)域內(nèi)水文水資源的水質(zhì)情況，影響區(qū)域內(nèi)湖泊和河流的生態(tài)環(huán)境。因此，遙感技術(shù)通過對水文水資源表面的懸浮物的反射波監(jiān)測，可以實(shí)現(xiàn)對湖泊和河流生態(tài)環(huán)境的監(jiān)控。此外，根據(jù)水中藻類和陸地植被的光譜特征不同，遙感技術(shù)可利用其不同的反射率實(shí)現(xiàn)對水中藻類的監(jiān)控，繼而實(shí)現(xiàn)對湖泊和河流生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測。一般情況下，在水中藻類富集時(shí)，水體會出現(xiàn)富氧化現(xiàn)象。通過遙感技術(shù)監(jiān)測富氧化水體中藻類綠色濃度，再進(jìn)行信息收集和整理，能夠了解該區(qū)域水體富氧化的程度，從而能夠更加及時(shí)有效地采取措施進(jìn)行干預(yù)，以保證區(qū)域內(nèi)湖泊和河流生態(tài)環(huán)境的健康和均衡發(fā)展。

當(dāng)區(qū)域內(nèi)水體出現(xiàn)污染時(shí)，水體的溫度、濕度、透明度、顏色以及光亮度等條件都會發(fā)生變化，主要體現(xiàn)在其反射率上。遙感技術(shù)通過監(jiān)測反射率的變化來獲得水體信息，并根據(jù)形態(tài)、紋理、色調(diào)等不同，推斷該區(qū)域內(nèi)水體出現(xiàn)污染的面積、污染源和污染濃度等信息。對于一些緊急情況，如水資源突然出現(xiàn)不明污染時(shí)，為了保障人們的用水安全，可以利用遙感技術(shù)收集被污染水資源的數(shù)據(jù)信息，再通過成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)對該區(qū)域內(nèi)水資源的實(shí)時(shí)跟蹤，從而快速尋找到污染源，并妥善處理污染水資源[5]。

2.4 降水量監(jiān)測

降水量監(jiān)測主要是將遙感技術(shù)與衛(wèi)星設(shè)備相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)對遠(yuǎn)程信息的遙感，并將實(shí)時(shí)獲取的信息快速有效地傳遞，從而實(shí)現(xiàn)對降水量情況的掌握。遙感技術(shù)中的雷達(dá)技術(shù)可以對空氣中的電磁波和云層數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測，從而更精準(zhǔn)地監(jiān)測到降水?dāng)?shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對降水量的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

2.5 水資源領(lǐng)域地質(zhì)災(zāi)害監(jiān)測

地質(zhì)災(zāi)害會對水文水資源工程建設(shè)帶來極大的阻礙，增加工程建設(shè)成本與難度，甚至?xí)l(fā)安全事故。目前，遙感技術(shù)可以監(jiān)測出滑坡、崩塌以及斷裂構(gòu)造等地質(zhì)災(zāi)害。

①滑坡?；率且环N較為常見的地質(zhì)災(zāi)害，主要是由土層不穩(wěn)定導(dǎo)致。在滑坡監(jiān)測中，采取融合多源數(shù)據(jù)的方式，根據(jù)滑坡描述性特征，將相關(guān)信息從數(shù)據(jù)中標(biāo)記出來，從而推測可能會出現(xiàn)水文水資源工程滑坡的區(qū)域。工程建設(shè)施工中應(yīng)盡量避開這個(gè)區(qū)域，如果無法避開，需要及時(shí)采取針對性措施予以處理。

②崩塌。在監(jiān)測崩塌災(zāi)害時(shí)，通過遙感技術(shù)分析已知崩塌的紋理特征，可得到水文水資源工程坍塌的基本信息?；讷@得的基本信息，可使用數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）確定坡度超過標(biāo)準(zhǔn)值的區(qū)域，再用高分辨率影像對基巖高反射率區(qū)域進(jìn)行掃描和數(shù)據(jù)提取，通過與上述信息的結(jié)合驗(yàn)證，圈定崩塌范圍。

③斷裂構(gòu)造。斷裂構(gòu)造會對水文水資源工程的穩(wěn)定性產(chǎn)生極大影響。斷裂構(gòu)造的監(jiān)測方法是將三維遙感圖像和山體陰影用半透明的方式疊加后，將斷裂構(gòu)造凸顯出來。結(jié)合地形地質(zhì)情況，經(jīng)過色彩空間變換、亮度反轉(zhuǎn)處理后，圖像會變得更加直觀，便于準(zhǔn)確提取出斷裂構(gòu)造的信息。

2.6 水資源動態(tài)監(jiān)測

現(xiàn)代計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，極大地促進(jìn)了我國遙感技術(shù)的迅速發(fā)展與成熟，也使得遙感技術(shù)越來越多地應(yīng)用于水文水資源管理。例如，將遙感技術(shù)同地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）等技術(shù)結(jié)合起來，不僅提高了水文水資源管理的便利性，也有效確保了水文水資源測繪數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性[6]。例如，動態(tài)監(jiān)測就是水文水資源管理深入使用遙感技術(shù)的最直接體現(xiàn)。動態(tài)監(jiān)測技術(shù)是在對當(dāng)?shù)厮乃Y源使用情況進(jìn)行調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，以較難以識別的圖形、數(shù)字等為基礎(chǔ)，利用相關(guān)計(jì)算機(jī)技術(shù)，對難以分辨、判斷的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相應(yīng)處理，并根據(jù)特定標(biāo)準(zhǔn)將其轉(zhuǎn)換成為易于識別、判斷的圖形和文字，從而實(shí)現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)信息和資料的有效記錄。

3 結(jié)語

科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展推動著人類社會的進(jìn)步，給人類的生活、學(xué)習(xí)和工作等帶來了巨大改變。以計(jì)算機(jī)技術(shù)為代表的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)，對我國國民經(jīng)濟(jì)的進(jìn)步和發(fā)展起到了關(guān)鍵作用。遙感技術(shù)的出現(xiàn)、發(fā)展和廣泛應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的水文水資源監(jiān)測模式，使得水文水資源信息的獲取量和精準(zhǔn)性獲得了極大提升。因此，各地水文水資源管理部門要加強(qiáng)對遙感技術(shù)的利用，以便更好地指導(dǎo)區(qū)域水資源的科學(xué)合理利用。

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