淺議應用遙感技術開展水資源評價

楊柳俊 張宇亮

（江蘇省水文水資源勘測局南通分局 南通 226000 沂沭泗局嶂山閘管理局 宿遷 233800）

淺議應用遙感技術開展水資源評價

楊柳俊 張宇亮

（江蘇省水文水資源勘測局南通分局 南通 226000 沂沭泗局嶂山閘管理局 宿遷 233800）

本文介紹了遙感信息獲取途徑與解譯方法,闡述了遙感技術在水資源評價中的應用情況,指出集先進的感知技術、傳輸技術、信息處理技術與一體的遙感技術在水資源評價和保護方面的應用前景越來越廣闊。

遙感技術 水資源評價 應用

遙感技術是從遠距離感知目標反射或自身輻射的電磁波、可見光、紅外線對目標進行探測和識別的技術，由遙感器、遙感平臺、信息傳輸設備、接收裝置以及圖像處理設備等組成。隨著一大批高清影像遙感衛星陸續商業化，集先進的感知技術、傳輸技術、信息處理技術與一體的遙感技術開始廣泛用于地球資源普查、植被分類、土地利用規劃等領域，在水資源評價方面的應用前景越來越廣闊。

1 遙感信息獲取與解譯

1.1 遙感信息的獲取

當前不同軌道高度的陸地衛星、氣象衛星、海洋衛星、雷達衛星等各類商業衛星能提供像元大小從0.61m（Quick Bird）到4000m多空間分辨率的遙感影像以及從紫外，可見光、紅外到微波的多光譜分辨率的遙感數據。

在水資源評價中采用的遙感信息通常可以從基于廣播方式的MODIS數據中獲取。MODIS數據是TERRA、AQUA衛星上的中分辨率成像光譜儀獲取的數據。

MODIS數據主要有三個特點，其一，NASA對MODIS數據實行全世界免費接收的政策，這樣的數據接收和使用政策對于目前我國大多數科研人員來說是不可多得的、廉價并且實用的數據資源；其二，MODIS數據涉及波段范圍廣（36個波段）、空間數據分辨率較大（250m、500m和1000m）。這些數據均對地球科學的綜合研究和對陸地、大氣和海洋進行分門別類的研究有較高的實用價值；其三，TERRA和AQUA衛星都是太陽同步極軌衛星，TERRA在地方時上午過境，AQUA將在地方時下午過境。TERRA與AQUA上的MODIS數據在時間更新頻率上相配合，加上晚間過境數據，對于接收MODIS數據來說，可以得到每天最少2次白天和2次黑夜更新數據。這樣的數據更新頻率，對實時地球觀測和應急處理有較大的實用價值。

其他可以免費獲取的遙感數據還有LANDSAT TM數據、我國環境一號小衛星數據等。LANDSAT TM數據是美國陸地資源衛星上攜帶的專題掃描儀的遙感影像，它有7個波段，可對陸地資源作全方位的監測，其地面分辨率為30m，衛星每景影像對應的實際地面面積為185km×185km，16天即可覆蓋全球一次。我國環境一號小衛星2008年9月發射成功，配備了寬覆蓋CCD相機、紅外相機、高光譜成像儀、合成孔徑雷達（SAR）等多種類型傳感器的先進對地觀測系統，屬中高分辨率衛星（分辨率為30m），48小時可對一地重復觀測。

空間分辨率達到米級的衛星遙感影像數據有法國SPOT5、日本ALOS、俄羅斯SPIN、加拿大RadarSAR、美國IKONOS、QuickBird等，這些遙感數據需要通過商業途徑獲取。

1.2 遙感信息的解譯

遙感信息（影像）處理是一項方興未艾的工作。目前，除功能強大的PCI、ERDAS等軟件可進行數字圖像的校正、數據變換、增強、合成及鑲嵌外，全球最新遙感圖像處理軟件ENVI還具有較好的像元光譜測量、分析、分類及矢量化功能。

以采用軟件ENVI解譯LANDSATTM遙感數據為例：

首先利用ENVI遙感軟件的FLASH工具對LANDSAT TM影像進行大氣校正處理，然后反演獲得各類型地物的可見～近紅外頻段反射率數據，與數據庫中陸生植被等地物的光譜反射率進行比較，分析研判后采用ENVI軟件開展信息提取和制圖，最后提交統計分析。

采用軟件解譯遙感信息十分簡便，但為確保解譯標志、光譜曲線的準確性、一致性，確保解譯成果的可靠性，需要對疑難和代表性地物、河段進行實地調查，進一步完善修改解譯成果。最好選擇不同季節進行野外調查、光譜觀測和驗證工作，遵循一個原則：即整個解譯過程是“解譯—驗證—再解譯”的反復過程，此項工作一直貫穿解譯工作的全過程，才能保證解譯結果的精確可靠。

2 遙感技術在水資源調查評價與保護方面的應用

2.1 遙感分析評價水資源開發利用情況

通過對遙感影像的解譯，獲取不同地物（河流、植被、城市等）各波段的反射率，對同種地物同種波段的反射率作平均值統計，采用波譜間關系法分析不同地物在各個波段的相對關系，得到河流水系分布、水域面積以及水利工程中的大、中、小水庫、堤防、攔河閘、渠系等分布狀況；在遙感分析土地利用狀況、地表溫度、土壤溫度的基礎上，分析計算區域蒸發輻射量；根據水系結構、土壤類型、地形、土地利用方式綜合研究計算區域地表水資源量，并對水資源開發利用現狀進行評價，提出合理開發利用與保護水資源的對策和建議。

2.2 遙感分析水體質量變化情況

水體富營養化浮游植物中的葉綠素對藍紫光和紅橙光有較強的吸收作用，當水體出現富營養化時，就可以利用遙感技術推算出水體中的葉綠素分布情況，基于葉綠素a光譜指數，實現區別水華、水草與普通水體，從而完成對水華變化的監控。基于懸浮物濃度的高光譜和多光譜兩類遙感反演模型，還可以對水體懸浮物濃度進行推算。

2.3 遙感技術在水污染監測方面的應用

利用紅外掃描儀可以監視石油污染，利用多光譜航片可對石油污染進行半定量分析，將彩色航片同步拍照與近紅外片做的彩色密度分割圖相比較，可以更精密地判斷和解譯污染信息。

應用紅外掃描儀監測水體熱污染，記錄水體的熱輻射能量，真實反映其溫度差異。在熱紅外圖像上，熱水溫度高，輻射能量多，呈淺色調；冷水和冰輻射能量少，呈深色調。根據少量的同步實測水溫數據結合遙感影像解譯，就可以分析畫出水體等溫線。

根據各行業廢水“污染光譜指紋”，采用遙感技術可有效監控重點污染源廢水排放量和排放濃度。通過高光譜遙感監測，能更全面及時反映污染導致的生態破壞情況。

2.4 遙感技術在飲用水源區保護方面的應用

在建立飲水安全保障監測機制方面，利用衛星遙感技術可以更科學地劃定飲用水源保護區范圍。采用遙感技術開展飲用水源地環境狀況調查監控，能夠及時發現飲用水源保護區周邊土地利用變更情況、岸線開發利用變化情況和飲用水源地水體變化趨勢，以便快速制止違規建設項目，迅速啟動應急預案，確保飲用水源地供水安全。

3 結語

利用遙感技術、先進計算機技術、圖像處理技術和地理信息系統等綜合的高新技術能夠快速完成調查評價水資源，不僅評價精度高，同時可節省大量時間、人力、物力，具有傳統方法不可替代的優越性。

隨著遙感技術理論的不斷完善和遙感圖像空間分辨率、時間分辨率與波譜分辨率的不斷提高，遙感技術必將成為水資源調查、監測、預警、評估中不可缺少的手段之一，其所發揮的作用也會越來越大