3S技術(shù)在水文與水資源工程上的應(yīng)用研究

王現(xiàn)正 申修偉

自貢市水利電力建筑勘測(cè)設(shè)計(jì)院 四川自貢 643000

摘要：3S技術(shù)指遙感技術(shù)和地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)等方面的合稱，也是空間、傳感器、衛(wèi)星定位和導(dǎo)航、計(jì)算機(jī)、通訊等技術(shù)的結(jié)合，通過(guò)對(duì)空間信息的采集和處理分析，進(jìn)行表達(dá)與傳播應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展。本文簡(jiǎn)單介紹3S技術(shù)在水文與水資源工程上的應(yīng)用，為水文與水資源管理價(jià)提供新的思路和方法。

關(guān)鍵詞：3S技術(shù)；水文；水資源

引言

3S技術(shù)可以解決水文與水資源工程中的管理和實(shí)際應(yīng)用，該文通過(guò)對(duì)3S技術(shù)基本原理的概述，對(duì)3S技術(shù)在水文與水資源領(lǐng)域中具體的應(yīng)用情況進(jìn)行分析，僅供參考。隨著數(shù)字化地球的進(jìn)程，將“3S”和水資源結(jié)合起來(lái)應(yīng)用意義重大，前景遠(yuǎn)大。

1 3S技術(shù)概述

3S技術(shù)是遙感技術(shù)（RS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）的合稱，是集空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、衛(wèi)星定位導(dǎo)航技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等于一體的先進(jìn)技術(shù)，對(duì)空間信息進(jìn)行采集、處理、分析、表達(dá)、傳輸、管理和應(yīng)用的現(xiàn)代信息技術(shù)。

（1）RS特點(diǎn)及應(yīng)用。RS是在遠(yuǎn)離目標(biāo)、與目標(biāo)不直接接觸的情況下判定、測(cè)量并分析目標(biāo)的性質(zhì)，具有探測(cè)范圍大、資料新穎、成圖速度快、收集資料方便等特點(diǎn)，通過(guò)真實(shí)性、直觀性、實(shí)時(shí)性的高精度遙感圖像，作為城市規(guī)劃數(shù)據(jù)獲取和更新的主要途徑。一是制作4D產(chǎn)品（DOM、DEM、DRG、DLG），用于規(guī)劃底圖和專題圖件制作；二是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)獲取土地現(xiàn)狀信息，為土地規(guī)劃提供輔助支持；三是通過(guò)遙感圖像特征分析，為水質(zhì)、土壤、污染等環(huán)境監(jiān)測(cè)提供有關(guān)資料及數(shù)據(jù)；四是通過(guò)不同時(shí)態(tài)的數(shù)據(jù)分析，可全面、系統(tǒng)地研究城市發(fā)展軌跡和時(shí)空變化規(guī)律。

（2）GPS特點(diǎn)及應(yīng)用。GPS具有實(shí)時(shí)性、觀測(cè)時(shí)間短、可靠性高等特點(diǎn)。一是通過(guò)GPS靜態(tài)測(cè)量，可以高效高精度的進(jìn)行規(guī)劃測(cè)圖的控制測(cè)量；二是通過(guò)RTK，可以結(jié)合RS工效較高的進(jìn)行像控點(diǎn)測(cè)量；三是可用于規(guī)劃地形圖測(cè)繪和地理信息獲取。

（3）GIS特點(diǎn)及應(yīng)用。GIS是指在計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，對(duì)地理信息進(jìn)行輸入、存貯、查詢、運(yùn)算、分析、表達(dá)的技術(shù)系統(tǒng)，在城鄉(xiāng)規(guī)劃過(guò)程中，主要對(duì)規(guī)劃相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，通過(guò)將GIS空間分析功能與城市規(guī)劃模型相結(jié)合，為規(guī)劃提供直觀的顯示和分析功能，為規(guī)劃提供輔助性決策支持，實(shí)現(xiàn)三維可視化，并為動(dòng)態(tài)城市規(guī)劃和管理提供技術(shù)支撐。

GPS和RS技術(shù)的有效使用，可以精準(zhǔn)快速的獲取和更新地理空間數(shù)據(jù)，為規(guī)劃和管理提供調(diào)查底圖、規(guī)劃地形圖等數(shù)據(jù)，依托多種傳感器和遙感解析技術(shù)，可提供更豐富的參考信息和更直觀的表現(xiàn)形式，通過(guò)GIS可有效整合和集中管理空間信息和人文、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等信息，將城鄉(xiāng)規(guī)劃、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、土地利用等多源數(shù)據(jù)有效整合和分析，增強(qiáng)數(shù)據(jù)的利用率、挖掘并關(guān)聯(lián)出各數(shù)據(jù)間的相關(guān)性，可減少調(diào)查的工作量，一定程度上創(chuàng)新了手段、提高了效率、降低了成本。

2 3S技術(shù)在水文與水資源工程上的應(yīng)用

2.1在區(qū)域水資源管理

以 GIS 技術(shù)為導(dǎo)向建立水資源管理信息系統(tǒng)，可以在第一時(shí)間為水資源管理提供全面而準(zhǔn)確的信息支持。我國(guó)學(xué)者就以 MapInf作為開發(fā)平臺(tái)，使在我國(guó)流域之內(nèi)的全部的河流以及附近的行政區(qū)劃、水文展望以及重要城市全部納入檢測(cè)范圍，使之成為了一個(gè)有機(jī)的整體，在此基礎(chǔ)上搭建我國(guó)水文站網(wǎng)管理信息系統(tǒng)，如此提升了我國(guó)水文管理水平以及優(yōu)化水文展望。當(dāng)前有相關(guān)的研究者對(duì)水文空間流域的信息分布式以及多級(jí)次存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，同時(shí)使用 ArcSDE/Ar-cInf。作為 GIS 平臺(tái)建立數(shù)字流域空間信息系統(tǒng)將其利用在河流水資源管理之中。當(dāng)前也已經(jīng)完成了在 GIS 支持之下對(duì)特定河流水資源管理系統(tǒng)，那么就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)于城市水資源利用的量化模擬、科學(xué)有序管理以及進(jìn)行計(jì)算。近些年來(lái) GIS技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn)新的發(fā)展態(tài)勢(shì)則是同常規(guī)決策支持系統(tǒng)之間進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，此系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)在于其具有廣闊的應(yīng)用前景，對(duì)于日后的使用具有一定的推動(dòng)作用。

2.2流域面雨量計(jì)算

區(qū)域降雨參數(shù)是區(qū)域水文水資源管理基礎(chǔ)之一，是區(qū)域內(nèi)水資源管理、城市供水、防洪、水庫(kù)調(diào)度的重要決策依據(jù)。有許多方法來(lái)計(jì)算流域的面雨量，包括三角形的方法，逐步修正格點(diǎn)法，等雨量線法，泰森多邊形法、算術(shù)平均法。大量的實(shí)踐證明，這些方法使用的準(zhǔn)確性在一定條件滿足實(shí)際需求。總之，區(qū)域內(nèi)站網(wǎng)的密度影響著面雨量的計(jì)算精度，站網(wǎng)密度越高，精度越高。當(dāng)流域面積小，地形相對(duì)平坦，站網(wǎng)分布均勻和雨量資料齊全時(shí)，使用算術(shù)平均法計(jì)算面雨量更方便實(shí)用。等雨量線法的精度較高，但操作更復(fù)雜，更依賴于分析技巧，日常使用不方便。格點(diǎn)方法能反映降水的連續(xù)性，但其操作比較復(fù)雜，效率低。在GIS技術(shù)的應(yīng)用大大彌補(bǔ)了流域降雨量傳統(tǒng)方法的缺點(diǎn)。

2.3地表和土壤水分的監(jiān)測(cè)

地表對(duì)于徑流的形成以及地面能量的分布有著十分重要的影響，土壤含有的水分包含了地下水、地表水、地表能量。因?yàn)榈乇砭哂械奶卣鞅容^復(fù)雜，通過(guò)使用遙感技術(shù)，對(duì)地物進(jìn)行識(shí)別和分類，對(duì)于辨別水體的特征，提高土地資源利用率有著十分重要的作用，在水文變化的過(guò)程中，最為明顯的表現(xiàn)形式就是土地使用以及土地覆被出現(xiàn)的變化，而使用遙感技術(shù)，能夠有效監(jiān)測(cè)出這兩者的變化，在地表的特征中，有一些比較關(guān)鍵的信息，例如植被信息、地表的發(fā)射率、地面實(shí)際溫度和反照率等，關(guān)鍵的信息對(duì)于地表能量和物質(zhì)平衡將會(huì)造成影響。

2.4監(jiān)測(cè)小流域洪水

可以使用DEM數(shù)字的高程數(shù)據(jù)，建立起小流域的洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)應(yīng)該包括預(yù)報(bào)計(jì)算、查詢計(jì)算結(jié)果、劃分降雨場(chǎng)次、查詢基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、查看電子地圖等。還有，需要建立洪水的預(yù)警系統(tǒng)，按照降雨數(shù)據(jù)，對(duì)于流量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并對(duì)未來(lái)的降水進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而做好防御準(zhǔn)備。需要收集DEM 數(shù)據(jù)以及區(qū)域內(nèi)的電子地圖信息等。對(duì)于固定流域來(lái)講，應(yīng)該按照當(dāng)?shù)氐匦危?jì)算水域的流通以及分布，按照降雨強(qiáng)度，分析回流時(shí)間，并且計(jì)算概率密度。建立模型后，需要進(jìn)行DEM處理，首先，填充凹陷點(diǎn)，處理堤防，需要在圖形中畫出堤防，并且在DEM位置提高堤防位置。還有，需要處理水庫(kù)、河道，在地形圖上，描繪平原、河道，然后降低DEM相應(yīng)位置高程。能夠通過(guò)DEM確定水?dāng)嗝嫘螤睿侔凑諗嗝嫘螤睿瑢?duì)于流速進(jìn)行計(jì)算，可以使用拋物線、三角形、矩形等形式。并且使用模型，模擬河段動(dòng)態(tài)。能夠使用實(shí)時(shí)方式進(jìn)行預(yù)報(bào)，對(duì)于河段、水庫(kù)流量、河網(wǎng)節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行預(yù)報(bào)，從而有效起到防洪效果。

2.5 水土保持和水庫(kù)泥沙淤積調(diào)查

近年來(lái)，隨著現(xiàn)代遙感技術(shù)的發(fā)展及其在水土保持領(lǐng)域的應(yīng)用，定量或定性與定量結(jié)合的侵蝕評(píng)價(jià)在區(qū)域監(jiān)測(cè)中得以實(shí)現(xiàn)，而地理信息系統(tǒng)技術(shù)又為較大范圍的空間分析提供了快速、準(zhǔn)確的技術(shù)手段，人們可以利用矢量和柵格兩種類型的空間數(shù)據(jù)分析侵蝕因子的屬性、數(shù)量值及其空間分布，進(jìn)而評(píng)價(jià)侵蝕的類型、程度，以及不同類型、不同程度侵蝕的分布規(guī)律。這就在技術(shù)、方法乃至理論上深化了區(qū)域土壤侵蝕監(jiān)測(cè)的研究。

結(jié)束語(yǔ)

3S技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)了水資源領(lǐng)域的發(fā)展，同時(shí)，水資源領(lǐng)域?qū)?S的需求也促進(jìn)了3S的發(fā)展。3S技術(shù)充分集成了RS、GPS高速、實(shí)時(shí)的信息獲取能力和GIS強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，可以有效地進(jìn)行水資源信息的收集和處理、分析，為水資源管理決策提供強(qiáng)有力的基礎(chǔ)信息資料和決策支持。

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