探討遙感技術(shù)在水文與水資源工程中的應(yīng)用

梁鈞蘭

（黃河水利委員會中游水文水資源局，山西 晉中 030600）

水是人類生存的基礎(chǔ)資源，水資源的合理開發(fā)和保護(hù)利用是當(dāng)前國際社會所倡導(dǎo)的主要話題。在實(shí)際工作中對水資源進(jìn)行保護(hù)和利用需要獲取到具體的數(shù)據(jù)信息作為參考，以及對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。因此，對遙感技術(shù)在水文水資源監(jiān)測中的應(yīng)用進(jìn)行研究，就具有十分重要的意義。

1 遙感技術(shù)概述

遙感技術(shù)是以電磁波理論為基礎(chǔ)，利用傳感設(shè)備從遠(yuǎn)距離感知目標(biāo)反射出的電磁波、可見光、紅外線等，以此實(shí)現(xiàn)探測和識別目標(biāo)的目的。遠(yuǎn)程操控是遙感技術(shù)的最大優(yōu)勢，利用遙感技術(shù)的這一技術(shù)優(yōu)勢能在短時(shí)間內(nèi)對大面積內(nèi)的信息資料進(jìn)行采集，將其應(yīng)用到水文水資源領(lǐng)域中，可對水文水資源信息進(jìn)行有效的監(jiān)測和采集，幫助相關(guān)人員更好地掌握地區(qū)內(nèi)的水文水資源情況。用于監(jiān)測水文水資源信息的遙感技術(shù)主要是在紅外波段的輔助下對地下水圖像信息進(jìn)行感知，了解地下水的溫度值，進(jìn)而全面地了解地下水整體情況。通常情況下，在氣候干燥地區(qū)，地下水會與土壤的縫隙發(fā)生毛細(xì)管作用，進(jìn)而對地面溫度和濕度產(chǎn)生影響，利用遙感技術(shù)對地面溫度進(jìn)行監(jiān)測，還可輔助完成對地下水資源的測評。當(dāng)某地區(qū)出現(xiàn)干旱缺水的情況后，可利用紅外遙感技術(shù)對地區(qū)內(nèi)土壤的溫度和濕度變化進(jìn)行監(jiān)測，進(jìn)而獲取準(zhǔn)確的水文信息，深入了解地區(qū)內(nèi)水資源的分布情況，為規(guī)劃水資源的應(yīng)用方案提供必要的數(shù)據(jù)支持，提高水資源的利用率。遙感技術(shù)利用人造衛(wèi)星或其他飛行器對地面對象的信息進(jìn)行采集，將信息資源以圖片的形式進(jìn)行直觀展示，具有非常高效的工作效率，并且對工作環(huán)境的適應(yīng)能力較強(qiáng)，即使在惡劣的天氣環(huán)境中也能得到準(zhǔn)確度較高的監(jiān)測結(jié)果。

2 當(dāng)前水利工程建設(shè)中水文水資源監(jiān)測中存在的主要問題

在水利工程建設(shè)中，專業(yè)人員的技術(shù)水平和監(jiān)測設(shè)備往往會直接影響工作的開展，受上述因素制約，水文數(shù)據(jù)資源很難實(shí)現(xiàn)完整與準(zhǔn)確。因?yàn)閿?shù)據(jù)采集期間任何一項(xiàng)數(shù)據(jù)都會對水利工程建設(shè)質(zhì)量產(chǎn)生直接影響，所以施工單位在施工期間也要加強(qiáng)對以下問題的關(guān)注：其一，強(qiáng)化對專業(yè)技術(shù)人才的隊(duì)伍建設(shè)，定期組織施工人員接受專業(yè)技術(shù)和知識培訓(xùn)，在技術(shù)人員職業(yè)素養(yǎng)和能力提升的背景下，獲取更完整的水文數(shù)據(jù)信息和資料。其二，加強(qiáng)對監(jiān)測設(shè)備的關(guān)注，適當(dāng)增加資金投入，對現(xiàn)有的傳統(tǒng)設(shè)備和技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為后續(xù)水文水資源管理工作監(jiān)測效率和準(zhǔn)確性提升奠定良好基礎(chǔ)。

3 遙感技術(shù)特點(diǎn)

遙感技術(shù)之所以在多個(gè)領(lǐng)域能得到廣泛應(yīng)用，主要是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)操作簡單、檢測效率高，并且還十分靈活方便。在科技不斷進(jìn)步的帶動下，技術(shù)研究逐漸深入并且越來越成熟，在操作方面也變得越來越簡單。在應(yīng)用遙感技術(shù)時(shí)，我們只需要提前設(shè)置好飛行路線，然后再依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)據(jù)校正，就能夠獲得比較理想的測繪信息。另外，在應(yīng)用過程出現(xiàn)問題后，系統(tǒng)具有自動判斷的功能，會在發(fā)生問題后自動回到起點(diǎn)進(jìn)行故障排除，等到故障消除之后又可以再次投入測量。另外，遙感技術(shù)在進(jìn)行數(shù)據(jù)測量時(shí)，其工作效率是比較高的，在遇到突發(fā)情況的時(shí)候，遙感技術(shù)的反應(yīng)速度也比較迅速，能夠有效避免突發(fā)事件造成的負(fù)面影響，為測量工作的順利進(jìn)行提供有效保障，在測量進(jìn)行過程中還可以有效規(guī)避嚴(yán)重問題的出現(xiàn)，并且能夠滿足人們對于數(shù)據(jù)測量的多種要求。飛行器的靈活方便性也十分突出，在不同的地點(diǎn)均能完成起飛以及降落，并不需要建立專門的機(jī)場。并且，在使用的過程中也十分方便，能夠在多種方式的幫助下順利完成不同地域的起飛以及降落動作，同時(shí)還可以快速到達(dá)目的地。完成測量工作之后，還能夠以滑行的方式進(jìn)行回收。除此之外，它們的重量相對來說也比較輕，體型較小，更加方便攜帶。

4 在水文水資源監(jiān)測中運(yùn)用遙感技術(shù)的優(yōu)勢

水資源是現(xiàn)代社會發(fā)展中非常重要的資源之一，相較于傳統(tǒng)的監(jiān)測技術(shù)，遙感技術(shù)的適用性很強(qiáng)且更為高效，幾乎在所有的水體中都可以形成有效的監(jiān)測，尤其是在一些無法進(jìn)行人工監(jiān)測的區(qū)域是可以利用遙感技術(shù)來進(jìn)行監(jiān)測的。①探測范圍廣。遙感技術(shù)相較于傳統(tǒng)的人工勘測技術(shù)，其監(jiān)測范圍更廣，且獲取的數(shù)據(jù)信息種類更多，這些數(shù)據(jù)在擴(kuò)大人類的視野范圍的同時(shí)，也大大提升了人類的視覺空間，并且可以通過圖像的方式來幫助工作人員對水資源的情況有一個(gè)宏觀的認(rèn)知。②手段多樣化。遙感技術(shù)獲取數(shù)據(jù)信息的手段種類繁多，從傳統(tǒng)的衛(wèi)星和飛機(jī)逐漸發(fā)展到不需要人工操作的和高軌道同步衛(wèi)星及載人空間站等平臺，同時(shí)觀測的器械也從攝影系統(tǒng)變成各種先進(jìn)的掃描系統(tǒng)，特別是運(yùn)用微波傳感器能對生物群落進(jìn)行掃描，這提高了數(shù)據(jù)信息的收集效率和質(zhì)量。③限制因素少。由于遙感技術(shù)收集信息數(shù)據(jù)的主要手段多是在高空中進(jìn)行掃描收集，所以其不會受到地形的限制，在對目標(biāo)進(jìn)行掃描收集時(shí)，可以無視自然環(huán)境的惡劣條件，并且可以在有國際保護(hù)法的地區(qū)輕易地獲取相關(guān)的資料。

5 遙感技術(shù)在水文水資源監(jiān)測領(lǐng)域中的具體應(yīng)用

5.1 小流域洪水監(jiān)測

工作人員可利用遙感技術(shù)采集地區(qū)內(nèi)的水文資源數(shù)據(jù)，將采集到的數(shù)據(jù)錄入到水文模型中，以此得到徑流預(yù)報(bào)信息。利用遙感技術(shù)采集到的水文數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性和可靠性較高，能幫助工作人員更加全面地掌握地區(qū)內(nèi)的降水情況、土壤濕潤度等，為徑流量評估工作提供數(shù)據(jù)參考。當(dāng)前用于小流域洪水監(jiān)測的遙感儀功能已經(jīng)非常全面，水位遙感儀通常以太陽能環(huán)保電池作為源動力，結(jié)合水位傳感裝置、無線接收和發(fā)射裝置、數(shù)據(jù)采集儲存器等共同構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)對徑流量數(shù)據(jù)的采集和傳輸。根據(jù)水位檢測方式的不同，可將水位遙感儀分為接觸水位檢測的浮子檢測式和不接觸水位的超聲波檢測式兩種。接觸水位監(jiān)測的浮子檢測設(shè)備還可進(jìn)一步細(xì)分為岸式水位監(jiān)測和島式水位監(jiān)測兩種，其中岸式水位監(jiān)測是利用管道連接河道和監(jiān)測井，使二者在水平高度上保持一致，通過記錄監(jiān)測井內(nèi)浮子的高度得到河道的水平面數(shù)據(jù)，該種檢測技術(shù)具有較高的安全性，無需操作人員進(jìn)入河道或監(jiān)測井中，操作簡便。島式水位監(jiān)測需要監(jiān)測人員在河道內(nèi)開展作業(yè)，通過記錄豎井內(nèi)浮子的高度得到河道水位的高度數(shù)據(jù)，操作中需保證井臺和棧橋的連接質(zhì)量。不接觸水位的超聲波監(jiān)測方式是利用探頭或雷達(dá)完成水位監(jiān)測，雷達(dá)向水面發(fā)射信號，根據(jù)信號返回時(shí)間計(jì)算水位的高度和變化情況。該技術(shù)需要在河道中架設(shè)延伸支架。在實(shí)際開展的小流域洪水監(jiān)測工作中，相關(guān)部門可結(jié)合自身的實(shí)際條件選擇合適的水位監(jiān)測模式，在設(shè)備完成安裝并啟動后，會對河道水位數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并利用數(shù)字傳輸技術(shù)將采集到的數(shù)據(jù)傳輸給控制中心，工作人員可利用大數(shù)據(jù)處理軟件對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行分類、整合和處理，最終得到準(zhǔn)確的水資源變化數(shù)據(jù)。

5.2 水環(huán)境的自主監(jiān)測

針對水污染等問題的解決，我們利用遙感技術(shù)的自主監(jiān)測，實(shí)時(shí)進(jìn)行信息監(jiān)測和收集，并將收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，保證水資源環(huán)境能夠得到準(zhǔn)確的監(jiān)測，防止工業(yè)、農(nóng)業(yè)等對水環(huán)境造成超標(biāo)危害，為我國的環(huán)境保護(hù)保駕護(hù)航。由于該技術(shù)需要運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，其可以完成實(shí)時(shí)監(jiān)測、實(shí)時(shí)整理、實(shí)時(shí)分析、實(shí)時(shí)分享等一系列操作，可以在最短時(shí)間內(nèi)得到最準(zhǔn)確的結(jié)果，在我國水資源工程中發(fā)揮著重要的作用。

5.3 在水資源保護(hù)中的應(yīng)用

首先從懸浮物上看，其作為水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)之一，其濃度是水資源保護(hù)中需要關(guān)注的重點(diǎn)，一般湖泊、水庫環(huán)境都會受到懸浮物的擴(kuò)散、沉降及分布的影響，若水中的懸浮物濃度過高，則會在反射波段范圍上擴(kuò)大，在遙感技術(shù)的應(yīng)用下，一般是使用反演模型監(jiān)測懸浮物的濃度。其次就是營養(yǎng)化程度，一般水資源的營養(yǎng)化是以藻類富集為標(biāo)志的，因?yàn)樵孱惖墓夂献饔弥饕墙柚~綠素來進(jìn)行，這就說明其與地面的陸地制備特征相似。最后就是水污染監(jiān)測，一般這個(gè)監(jiān)測過程可以細(xì)分為常規(guī)水污染、突然水污染兩種類型的監(jiān)測。在常規(guī)水污染的監(jiān)測活動中，當(dāng)水體存在污染的情況時(shí)，水體中的很多指標(biāo)都會發(fā)生變化，像溫度、密度、透明度、顏色等，這些會讓水體在遙感技術(shù)監(jiān)測中的反射率呈現(xiàn)出來，相應(yīng)的遙感圖像上也會呈現(xiàn)出灰階紋理、色調(diào)等形態(tài)的變化，所以在遙感技術(shù)的應(yīng)用下，可以對水體的污染面積、濃度、范圍、污染源等都有一個(gè)清晰的了解，并可以通過遙感技術(shù)來對其中異常的數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)跟進(jìn)監(jiān)測。

5.4 水文和水資源勘測

近幾年，隨著國家一些相關(guān)政策的頒布，對自然環(huán)境和水資源的重視，水文和水資源的勘測變得更為重要。水文和水資源勘測包括地理方面的湖泊、河流的圖像采集，以及水流、洪水、水資源引流等社會問題的解決，在這些方面都發(fā)揮著重要的作用，為我們的水資源信息收集、數(shù)據(jù)分類和建設(shè)提供著技術(shù)支持。

5.5 在降水量預(yù)測中的應(yīng)用

隨著我國科技水平的不斷提升，衛(wèi)星定位設(shè)備和遙感技術(shù)得到進(jìn)一步融合，這一進(jìn)步對提高信息的傳輸速度、遠(yuǎn)程調(diào)控的效果都具有重要意義，相關(guān)部門可依托遙感技術(shù)更深入地掌握水資源的分布情況。同時(shí)，結(jié)合雷達(dá)技術(shù)發(fā)射電磁波，能得到較為準(zhǔn)確的降水量數(shù)據(jù)。通過在水文水資源領(lǐng)域中科學(xué)地應(yīng)用遙感技術(shù)，有效提高了對水文水資源數(shù)據(jù)的采集效率和采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，但在對地區(qū)降水量進(jìn)行預(yù)測時(shí)還存在一定不足，如對云層資源的獲取存在一定限制，但可結(jié)合飛機(jī)輔助采集相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)而保證數(shù)據(jù)的完整性，提高對地區(qū)降水量預(yù)測的準(zhǔn)確性。

5.6 應(yīng)用于水文資源監(jiān)測調(diào)查中

在水文水資源的監(jiān)測調(diào)查中，因?yàn)樯婕暗膬?nèi)容繁多，像地下水、降水量、蒸發(fā)量等都是需要調(diào)查的主要內(nèi)容。在將遙感技術(shù)引入后，可以很好地完成這些調(diào)查工作，在蒸發(fā)量的調(diào)查中，通過遙感技術(shù)對地表能量、質(zhì)量轉(zhuǎn)化進(jìn)行調(diào)查，最后通過遙感技術(shù)來進(jìn)行估算，一般使用ERDASIMAGINE8.7系統(tǒng)來進(jìn)行全遙感信息模型的估算，其中的幾何計(jì)算模型還可以檢查其中的誤差，而在野外進(jìn)行采點(diǎn)數(shù)據(jù)收集時(shí)可以使用數(shù)字化儀進(jìn)行控制點(diǎn)坐標(biāo)的采集。在地下水的調(diào)查中，由于地下水的監(jiān)測環(huán)境較為復(fù)雜，容易受到多方面因素影響，所以獲取到的調(diào)查資料容易缺乏準(zhǔn)確性。而應(yīng)用遙感技術(shù)來調(diào)查地下水，可以借助實(shí)地的地形地貌、地表植被等特征來實(shí)現(xiàn)地下水的調(diào)查采集，而這種技術(shù)的原理就是通過地表信息來檢測出地下的水文信息，以此來達(dá)成地下水監(jiān)測的目標(biāo)，完成調(diào)查采集。

5.7 應(yīng)用于水利規(guī)劃和水環(huán)境治理中

在水利工程中，水文資源的變化性很大，必須掌握其變化特點(diǎn)，這是水利規(guī)劃工作的前提。過去的二維靜態(tài)水文圖形數(shù)據(jù)已經(jīng)非常落后，不能準(zhǔn)確地計(jì)算覆水面積、水環(huán)境過程和災(zāi)害模擬，所以需采用先進(jìn)的遙感技術(shù)來獲取水文的各種信息數(shù)據(jù)，并且探測湖泊以及河道的各種特點(diǎn)。同時(shí)將遙感技術(shù)和三維技術(shù)、VR技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更加先進(jìn)的水利工程動態(tài)規(guī)劃。通過合理治理水環(huán)境，除了能維護(hù)當(dāng)?shù)鼐用竦纳钜约吧a(chǎn)外，同時(shí)也能保護(hù)水工設(shè)施設(shè)備。借助遙感技術(shù)，可以全面探測岸灘、湖泊、河道的情況，并且識別水體的質(zhì)量以及地殼、泥沙、生物等情況。通過對探測到的信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，也能展現(xiàn)出當(dāng)?shù)卣鎸?shí)的水文環(huán)境。

6 結(jié)束語

水文水資源監(jiān)測是保障我國經(jīng)濟(jì)社會實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的重要前提之一，所以需要重視水資源的開發(fā)、利用、管理，提高水文水資源監(jiān)測的工作質(zhì)量，引進(jìn)科學(xué)新技術(shù)并不斷地創(chuàng)新，以滿足水文水資源監(jiān)測的發(fā)展需求，而遙感技術(shù)能夠很好地改善水文水資源工程的工作質(zhì)量，提高數(shù)據(jù)信息采集效率并能無視環(huán)境因素進(jìn)行監(jiān)測，并為管理人員提供有效的依據(jù)來做出管理計(jì)劃。