3S技術在水文與水資源工程上的應用分析

摘要：3S技術可以解決水文與水資源工程中的管理和實際應用，本文通過對3S技術基本原理的概述，對3S技術在水文與水資源領域中具體的應用情況進行分析，提出存在的問題，僅供參考。3S技術指遙感技術和地理信息系統、全球定位系統等方面的合稱，也是空間、傳感器、衛(wèi)星定位和導航、計算機、通訊等技術的結合。通過對空間信息的采集和處理分析，進行表達與傳播應用，實現現代信息技術的應用和發(fā)展。

關鍵詞：3S技術，遙感技術，地理信息系統

中圖分類號： P208 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（a）-0000-00

一、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，保證地理信息系統能夠得到及時的、準確的、綜合的資源與環(huán)境方面的數據，按照實際需要，對GIS數據庫進行及時的更新[1]。

GIS可以進行地理數據方面的數據采集、數據管理、數據查詢、數據計算及數據分析，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據，使遙感數據自動分類的精度得到提高。而GPS還可以通過實時的、連續(xù)的對地球任意點經緯和高程的確定，對物體三維和時間的精確，提供準確的空間定位和數據，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。

二、3S技術在水文與水資源工程上的應用分析

（一）、3S技術在水文與水資源工程上的理論應用

1、水文的勘測

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)域的校核點進行數據庫的分類和建設，評價勘測的結果。通過數字高程模型的建立，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[2]。

2、水文的模擬

DEM分布式的水文模型作為現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。現階段，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數據可以在數據管理和空間分析、可視性等功能得到充分的利用。DEM也是GIS重要的數據構成，提取流域重要水文參數，例如：流域坡度和坡向、匯流網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、水文的預報

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，通過GIS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網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、及時的數據依據。

4、水環(huán)境的自動監(jiān)測

水環(huán)境的自動監(jiān)測包括數據庫和計算機的通信網絡作為基礎，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[4]。

5、生態(tài)環(huán)境和生態(tài)用水的計算

對數據源進行選擇與收集，按照土地覆被的分布情況和變化規(guī)律，處理遙感圖像，對專題信息進行提取，例如：提取土地建設的情況、農作物的產量與水深等。應用系統完成數據的修正和檢驗。應用GIS完成生態(tài)環(huán)境的調查，獲取其它數據源，實現生態(tài)環(huán)境的評價和調控、管理，為研究工作提供資料。應用生態(tài)用水量的計算模型，完成生態(tài)用水量的計算。

6、防洪和抗災

在洪汛來臨之前，要結合當地的DEM和水文、氣象相關信息，根據洪水演進做出模擬預測，對洪水淹沒的范圍和損失進行預測，作為防洪指揮與調度的依據，更好的完成防洪和抗災工作。當發(fā)生災情后，可以應用衛(wèi)星對相關信息進行收集，通過及時而準確的衛(wèi)星圖像，反映洪水災情的實際情況。按照3S技術災害的評估模型，對受災的人口與面積進行評估，在緊急情況，也可以選擇出災民最佳的撤離路線。

7、地表、地下水資源的計算和管理

可以應用GIS的等值錢完成降水量和高程模型的建立，有效解決由于水文站過少不能計算出降水量的問題。應用GIS技術，以度量和人為的作用，進行地下水數學模型的建立，也可以應用GIS技術進行預測年流場和水位埋深、水位降深等圖像的顯示與分析。

（二）、3S技術在水文與水資源實踐工程應用

經過上述大量的理論研究，可以準確得到研究區(qū)基礎的水文信息，再結合水文與水資源的基礎信息，結合具體工程水文地質情況進行綜合分析，按照一定的條件，來判斷出富水的程度，可以劃分為巖溶地下水、裂隙水補給與排泄區(qū)，從而確定出地下水流動的方向，來推斷富水區(qū)，從而圈定具有供水意義的水源，以下，以某工程為例，分析水源地質條件在3S技術的應用。

1、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數據分析的功能。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，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。由于不同程度動力變質，會使透水性與含水性變差，對可溶性與非可溶性的巖石判斷，會影響帶寬度，斷層如果具備含水的條件，即為富水斷層。根據斷層活動性來分析，地質停止活動死斷層，不論壓性與張性，破碎帶被填充產生膠結或固結，都可以判斷為非富水斷層。

根據以上原則，應用GIS進行斷層富水的分析，按照翻譯的成果與地質構造，把斷層根據力學性質分成張性與張扭性斷層、壓性和壓扭性斷層，判斷是富水斷層。構建壓性和壓扭性的斷層，與性質不明的斷層10米緩沖區(qū)，把斷層線轉變成區(qū)，和巖性遙感的解譯圖分析空間疊加，來獲得斷層10米巖性信息。把斷層10米緩沖區(qū)巖性信息輸出，根據判斷原則來分析出斷層富水性。判斷原則為碳酸鹽巖石是否大于斷層10米的緩沖區(qū)一半，就可以判斷出斷層是否是富水斷層，相反就是非富水斷層，在GIS中要實現可視化。

2、碳酸鹽巖含水巖富水程度的分析

設定本工程中研究對象為巖溶水資源，就要分析出碳酸鹽巖含水巖組富水程度。按照水文地質的理論，分析含水地層富水程度和地層厚度、巖性及裂隙發(fā)育程度。一般以平水年泉流量進行劃分，經過長期觀測，通過GIS平臺來實現。既要分析沖溝密集巖石的性質，還要分析地層厚度與裂隙發(fā)育的程度表現，根據沖溝密度劃分碳酸鹽含水巖組富水的程度。

根據GIS空間分析，確定水系信息和地層巖性信息的空間分析，來計算出碳酸鹽巖地層沖溝密度。按照已有水文資料，把富水分成富水強、中兩級，根據數據，把沖溝密度大于沖溝密度平均層地層設定是富水強碳酸奪的含水巖，相反則為中等含水巖，以此研究該工程碳酸鹽富水的程度。

3、3S技術在地形測量時的設備作用

水下地形的測量常使用橫斷面的方式來完成，按照要求于河道布置好若干的斷面，再進行平面的定位與水深的測量，由此，進行水下地形圖的繪編。通過現場實測，以RTK技術和測深儀形成測量系統對河道的相關信息進行提取，再通過GPS接收機來完成定位和測量，一般測深儀可以完成水深的測量，配合專業(yè)測繪的軟件與繪圖儀能夠構成河道測量的自動化系統。通過對水下地形點平面和高程等數據的采集，完成檢查和校核，再輸入進專業(yè)數字地形圖，以軟件完成斷面圖的成圖處理，最后得出具有高精度數字地形圖與斷面圖。

結束語：

綜上所述，我國傳統水文與水資源信息收集與處理技術相對落后，隨著計算機技術發(fā)展，已經開始數據庫信息系統的建立，因為傳統數據庫的結構不具備空間性，無法完成空間信息管理和分析，應用3S技術，可以把GIS作為核心，完成水文與水資源的系統支持，通過可視化的空間信息處理，使數據更生動、更直觀、更易于理解。3S技術在水文與水資源工程上的應用必將為我國水文環(huán)境與水資源管理提供更強技術支持，而內容得到極大的豐富。

參考文獻：

[1]霍明遠.地下水資源系統勘查技術與綜合評價方法[M].北京：科學出版社，2012.

[2]李婧，張超，朱德海，等.基于空間技術北京市地貌類型區(qū)劃研究[J].中國農業(yè)科技導報，2012（2）：126-129.

[3]詹小國，文余源.3S技術在長江水利中的應用及展望[J].人民長江，2012（l）：27-29.

[4]羅太近，李小青.MapGis 在貴州錦江、舞陽河流域水文地質調查中的應用[J].長江大學學報 （自然科學版），2011（11）：29-32.