遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展前景

賈海

（河北省承德水文水資源勘測(cè)局 承德市 067000）

遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用與發(fā)展前景

賈海

（河北省承德水文水資源勘測(cè)局 承德市 067000）

水文水資源勘測(cè)屬于涉及我國(guó)民生的重大工程，水文水資源工作質(zhì)量與效果對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)產(chǎn)生極大影響。伴隨遙感技術(shù)的飛速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，水文水資源工作取得了更大發(fā)展空間。文章通過分析遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用，給出了技術(shù)應(yīng)用時(shí)的相關(guān)注意事項(xiàng)，并闡述了遙感技術(shù)在該領(lǐng)域的發(fā)展前景，為今后相關(guān)研究提供理論與實(shí)踐支持。

遙感技術(shù) 水文水資源領(lǐng)域 發(fā)展前景

遙感技術(shù)最早被發(fā)現(xiàn)且得到發(fā)展是在19世紀(jì)初期（1839年）的攝影術(shù)中。到1958年后，又在氣球上完成了由空中至地面的首次攝影，1903年飛機(jī)問世后，航空遙感慢慢被應(yīng)用到了軍事領(lǐng)域中，用作工程建設(shè)、地形與地圖制圖、農(nóng)業(yè)土地調(diào)查、地質(zhì)調(diào)查等[1]。水資源緊張是當(dāng)前我國(guó)與全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展均重視的熱點(diǎn)問題，如何借助遙感技術(shù)進(jìn)行水文水資源探究，進(jìn)而提高水文水資源勘測(cè)質(zhì)量與效率，獲取到更準(zhǔn)確的第一手?jǐn)?shù)據(jù)資料，實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，有必要進(jìn)行更深入的研究與分析。

1 遙感技術(shù)

1.1 遙感技術(shù)概述

遙感技術(shù)屬于發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)的功能性能強(qiáng)、復(fù)合型探測(cè)技術(shù)，主要借助物體所展現(xiàn)的電磁波反射、輻射等特征，利用遙感感測(cè)對(duì)物體特征進(jìn)行記錄與收集，再把電磁波信息有效處理成影像，為其它物體的探測(cè)提供準(zhǔn)確依據(jù)。遙感技術(shù)實(shí)質(zhì)即把電磁波技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際生活里的技術(shù)，在現(xiàn)代星官感應(yīng)設(shè)備下能夠增強(qiáng)遙感技術(shù)傳播速度，確保遙感技術(shù)在使用時(shí)可得到更全面準(zhǔn)確的信息。遙感技術(shù)主要環(huán)節(jié)如下附圖所示。

遙感技術(shù)作為現(xiàn)代科技發(fā)展背景下的新型技術(shù)，應(yīng)用效果極好，并被大力應(yīng)用于氣象觀察與資源局勢(shì)探查等方面。加上近兩年科技的飛速發(fā)展，遙感技術(shù)在信息進(jìn)度接受方面與過去相比也有了相應(yīng)程度的提升，且使用范圍逐漸拓展到軍事、航空領(lǐng)域。把遙感技術(shù)應(yīng)用于水文監(jiān)測(cè)領(lǐng)域內(nèi)，對(duì)提高水文監(jiān)測(cè)工作質(zhì)量及效率極有利，能節(jié)省人力、物力與時(shí)間，最大限度地縮短了工期，使工程程序更簡(jiǎn)單。

1.2 遙感技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

（1）遙感技術(shù)可在相當(dāng)短的周期內(nèi)收集到大量信息，并完成全天候監(jiān)測(cè)，且不受云霧、植被、冰層等外在因素影響，拓展了水位工作觀測(cè)信息量。

（2）利用遙感技術(shù)實(shí)施水文資源勘探不受地域限制，即便是受復(fù)雜地形、不良天氣影響，對(duì)其的干擾也相當(dāng)小，仍可收集更準(zhǔn)確的信息。

（3）數(shù)據(jù)信息收集更便利，特別是遙感技術(shù)里的陸地衛(wèi)星達(dá)到了全球覆蓋成像周期僅16天的效率，同時(shí)多衛(wèi)星聯(lián)合作業(yè)能成倍縮小探測(cè)周期。

（4）能一次性收集到較大范圍的地物信息。

附圖 遙感技術(shù)主要環(huán)節(jié)

2 遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用

（1）降水量監(jiān)測(cè)。遙感技術(shù)在降水量監(jiān)測(cè)方面，主要結(jié)合衛(wèi)星雷達(dá)來實(shí)現(xiàn)信息的收集傳輸與計(jì)算，還能夠準(zhǔn)確計(jì)算出區(qū)域降水量及其它數(shù)據(jù)。而雷達(dá)能夠憑借降水里的粒子對(duì)電磁波的影響展開分析計(jì)算，準(zhǔn)確評(píng)估出區(qū)域降水量[2]。對(duì)監(jiān)測(cè)降雨量較少的地區(qū)，可增建遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)站，更好的對(duì)降水量實(shí)施全面監(jiān)控。衛(wèi)星在降水量監(jiān)測(cè)上主要是在較厚云層產(chǎn)生時(shí)開展預(yù)報(bào)工作，不過在降水粒子較密集的情況下，則會(huì)降低降水量監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確性。當(dāng)前對(duì)降水量的監(jiān)控多是采用航空飛機(jī)完成的，借助飛機(jī)飛入云層實(shí)施探測(cè)，對(duì)云層周圍粒子進(jìn)行分析，則能獲取準(zhǔn)確的降水量數(shù)據(jù)。

（2）徑流量預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。徑流量勘測(cè)與預(yù)報(bào)即在衛(wèi)星遙感系統(tǒng)檢測(cè)數(shù)據(jù)與水文氣象站數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，把關(guān)鍵信息輸入至水文模型里來計(jì)算得出相應(yīng)信息。一般情況下，在水文水資源工程里，針對(duì)徑流量的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)主要通過衛(wèi)星遙感技術(shù)給予綜合處理，在河川徑流估算上，遙感技術(shù)根本無(wú)法直接實(shí)現(xiàn)[3]。遙感技術(shù)利用對(duì)土壤、地貌與植被與其它相應(yīng)水系，并充分考慮蒸發(fā)量、降水量與土壤含水量等要素展開綜合估算。遙感技術(shù)收集的所有信息利用計(jì)算機(jī)水文模型完成分析處理，進(jìn)而得出徑流量的預(yù)測(cè)結(jié)果。

（3）蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)。蒸發(fā)量的監(jiān)測(cè)在維持水量平衡上非常重要，傳統(tǒng)蒸發(fā)量測(cè)量方法即通過物理手段，實(shí)現(xiàn)能量與質(zhì)量的相互轉(zhuǎn)化，并取得需要的蒸發(fā)量數(shù)據(jù)。伴隨遙感技術(shù)的產(chǎn)生，在蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用也更廣泛，且借助多層模型，把土壤分作若干個(gè)層次給予測(cè)量，結(jié)合地表特征給予全方位監(jiān)測(cè)，建構(gòu)計(jì)算模型，完成對(duì)不同區(qū)域蒸發(fā)量的監(jiān)測(cè)，所測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確性較高。

（4）地下水遙感。水文水資源工程預(yù)測(cè)上，水下水位勘測(cè)環(huán)節(jié)相當(dāng)繁雜，受地質(zhì)環(huán)境因素的影響，人工勘測(cè)數(shù)據(jù)多不符合勘測(cè)需求，勢(shì)必需要更先進(jìn)的技術(shù)來達(dá)到輔助勘測(cè)的效果。在遙感技術(shù)備受關(guān)注與大力應(yīng)用的同時(shí)，地下水位勘測(cè)方面也取得了前所未有的技術(shù)進(jìn)展。地下水遙感技術(shù)可通過對(duì)地表植被與地貌形狀等數(shù)據(jù)實(shí)施綜合模型處理與計(jì)算，最終間接性取得地下水的勘測(cè)數(shù)據(jù)，主要在于地下水信息一般能夠通過地表植被信息得以更真實(shí)的顯現(xiàn)，地表植被顯現(xiàn)出來的信息能夠利用遙感技術(shù)被成功破譯，再給予處理獲得最終的地下水文信息。

（5）災(zāi)害預(yù)防。遙感技術(shù)還可被應(yīng)用到洪水、旱情等的監(jiān)測(cè)中[4]。如將其應(yīng)用到水土流失情況的監(jiān)測(cè)中，即能做到提前預(yù)防，在水土流失處栽種上不同種類的植被，即能減輕水土流失程度。當(dāng)前的土壤侵蝕監(jiān)控里，大多都是通過逐像元比較與分類比較的模式來實(shí)施監(jiān)控的，而水土流失主要是依照水土流失定量計(jì)算模型展開分析的。在數(shù)據(jù)計(jì)算下獲得監(jiān)控區(qū)域土壤信息，實(shí)現(xiàn)自然災(zāi)害的提前預(yù)防。

（6）水污染監(jiān)測(cè)。首先即常規(guī)水污染監(jiān)測(cè)。一般而言，在水土受污染后，自身透明度、顏色、密度與溫度等指標(biāo)均可能會(huì)出現(xiàn)不同情況的改變，并引發(fā)水體反射率改變，此種改變?cè)谶b感圖像上會(huì)展現(xiàn)出色調(diào)、形態(tài)、紋理等特征的差異。所以，通過遙感圖像能完成水土污染源、面積、范圍與濃度的識(shí)別。此外，通過遙感數(shù)據(jù)還可隨時(shí)跟蹤監(jiān)督水體污染變化情況；其次，突然性水污染監(jiān)測(cè)。現(xiàn)有的流域中絕大多數(shù)流域水資源均存在著不同程度的水污染問題，若要保證群眾飲水安全，產(chǎn)生突發(fā)性水污染后，通過小型飛機(jī)或衛(wèi)星等遙感影像數(shù)據(jù)，進(jìn)一步追蹤污染狀態(tài)，對(duì)污染物攔截排放方案的制定更有利。

（7）懸浮物監(jiān)測(cè)。水體里懸浮物濃度為凸顯水質(zhì)狀況的重要性參數(shù)，懸浮物沉降、分布與擴(kuò)散等狀況均能對(duì)湖泊、水庫(kù)的生態(tài)環(huán)境帶來不利。若水體里懸浮物濃度不斷增加，而反射率則會(huì)慢慢升高，且反射的波段范圍也逐漸擴(kuò)大。由此，通過懸浮物含量的反演模型也能對(duì)水體里的懸浮物濃度實(shí)施監(jiān)測(cè)。

3 遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)小流域洪水狀況的應(yīng)用實(shí)例

（1）建構(gòu)預(yù)報(bào)預(yù)警。借助DEM數(shù)字高程數(shù)據(jù)，初步建構(gòu)小流域洪水預(yù)報(bào)系統(tǒng)，該系統(tǒng)需包含劃分降雨場(chǎng)次、預(yù)報(bào)計(jì)算、電子地圖查詢、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)查詢等。還應(yīng)建構(gòu)洪水預(yù)警系統(tǒng)，根據(jù)降雨數(shù)據(jù)，有效監(jiān)測(cè)流量變化，預(yù)測(cè)未來降水量，提前做好防洪準(zhǔn)備。

（2）收集勘測(cè)數(shù)據(jù)。應(yīng)收集DEM數(shù)據(jù)與區(qū)域內(nèi)電子地圖信息等。針對(duì)固定流域而言，需結(jié)合地區(qū)地形，準(zhǔn)確計(jì)算出水域流通與分布，根據(jù)降雨強(qiáng)度，評(píng)估同流時(shí)間，再計(jì)算出概率密度。

（3）建立模型。通過遙感技術(shù)，建構(gòu)水庫(kù)、雨量、流域模型。研究雨量模型即研究雨量站與子流域二者關(guān)系，計(jì)算出雨量蓄積數(shù)，以明確雨水承受力；流域模型即利用流域模型，探究徑流形成狀況、流域空間結(jié)構(gòu)等；水庫(kù)模型即研究水庫(kù)周邊流域情況，做好壩址演算，獲取需要的數(shù)據(jù)。

（4）DEM處理。建構(gòu)模型后，應(yīng)給予DEM處理。先應(yīng)充分填好凹陷點(diǎn)，做好堤防處理工作，并在圖形里畫出堤防，后在DEM處使堤防位置升高。后完成水庫(kù)、河道的處理，于地形圖下，無(wú)誤地描述出平 原、河道，并降低DEM相應(yīng)位置高程。

（5）演算河道洪水。可利用DEM明確水?dāng)嗝嫘螤睿⒔Y(jié)合斷面形狀，準(zhǔn)確計(jì)算出流速，可通過矩形、拋物線形式使用模型，模擬河段動(dòng)態(tài)則通過實(shí)時(shí)方式進(jìn)行預(yù)報(bào)，對(duì)水庫(kù)流量、河段、河網(wǎng)節(jié)點(diǎn)等進(jìn)行預(yù)報(bào)，便于提前做好防洪防澇。

4 需注意的問題

將遙感技術(shù)應(yīng)用于水文水資源領(lǐng)域中，工作效率與工作質(zhì)量均超過了傳統(tǒng)作業(yè)模式，不過這并非完全對(duì)傳統(tǒng)作業(yè)模式給予否定。在遙感技術(shù)應(yīng)用期間，還需與人工勘測(cè)相結(jié)合，共同發(fā)揮作用，方可確保水文水資源資料與信息的完整性。同時(shí)，傳統(tǒng)的人工勘測(cè)有效驗(yàn)證遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，使數(shù)據(jù)解譯更準(zhǔn)確。通過遙感技術(shù)可一次性獲得更多、更全面的水文資料信息，不過在資料與數(shù)據(jù)采用方面，應(yīng)結(jié)合工作實(shí)際合理選擇。較典型的即航天遙感資料，信息相對(duì)更多，不同數(shù)據(jù)有著不同特征，應(yīng)用時(shí)，需根據(jù)研究目的正確選擇遙感資料，確保目標(biāo)分析更準(zhǔn)確、更有效。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展，在這方面的研究也將越來越深入，發(fā)展前景相當(dāng)可觀。當(dāng)前多個(gè)時(shí)相、多個(gè)平臺(tái)的遙感數(shù)據(jù)紛紛出現(xiàn)，怎樣將收集到的大量數(shù)據(jù)應(yīng)用于水文水資源領(lǐng)域中，為重點(diǎn)研究課題。專家與學(xué)者需將常規(guī)觀測(cè)與遙感技術(shù)彼此結(jié)合，融合相互間的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而有效解決水文問題。在未來，需致力于將遙感與GPS技術(shù)、GIS技術(shù)、CAD技術(shù)等多項(xiàng)高新技術(shù)相結(jié)合這一方向展開研究，為水文水資源勘測(cè)提供更多理論依據(jù)。

[1]宋樹東.遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].科技傳播，2014，（05）：227-228.

[2]丁增揚(yáng)平，斯郎澤仁.遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].珠江水運(yùn)，2014，（23）：68-69.

[3]楊一鵬，韓福麗，王橋，等.衛(wèi)星遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用：進(jìn)展、問題及對(duì)策[J].地理與地理信息科學(xué)，2011，（06）：84-89.

[4]朱京海，梁婷，徐光，等.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展[J].環(huán)境保護(hù)科學(xué)，2013，（04）：97-100.（收稿日期：2017-01-26）

賈海（1974-）男，河北承德人，大學(xué)本科，工程師，主要從事水能水資源勘測(cè)工作。