3S 技術在水文與水資源工程上的應用策略

趙青松

（河北省地礦局第五地質大隊，河北 唐山 063000）

0 引言

在水資源工程建設中，3S 技術獲得廣泛應用，尤其在水源治理、南水北調、水資源開發、水資源保護等方面，都發揮了關鍵作用。3S 技術以信息技術、傳感技術和互聯網技術為支撐，其在水資源開發和管理中的應用不斷深入，符合時代發展和經濟建設的需求。因此，相關部門要給予3S 技術以高度重視，結合水資源工程現狀合理應用，發揮其技術優勢，推動我國水資源開發事業的可持續發展。

1 3S 技術

1.1 GIS 技術

GIS 技術即地理信息系統，其以信息技術和地理知識為支撐，利用圖像構建空間系統，通過對制定空間地理信息的數據采集和分析，將數據信息以圖像或者地圖的方式呈現，進而滿足使用人員的實際需求。隨著計算機技術的發展，三維成像技術已經十分成熟，將數據通過三維立體圖像的方式呈現，還可以提升圖像的全面性和直觀性。隨著GIS 技術的發展，三維成像技術已經在多個領域實現了廣泛應用，在地質勘查、工程檢測、地理學、水資源工程等方面都發揮了重要價值。

1.2 RS 技術

RS 技術即遙感技術，屬于一門新型技術，該技術主要是通過遙感設備完成數據采集，當前較為常見的遙感設備為無人機和無人潛艇。遙感技術的工作原理是在遙感設備上安裝攝影設備和傳感器，在攝影中將采集的數據傳輸到地面，通過計算機分析進行數據處理，較為常用的傳感器包括電磁波傳感器和光輻射傳感器。在遙感技術應用中，由于維度和空間不同，其接收的電波也存在差異，便于工作人員及時識別、核對信息。當前遙感技術已經在軍事偵察、環境監測、自然災害預防、山體監測以及氣象監測中得到廣泛應用。

1.3 GPS 技術

GPS 技術即全球導航衛星系統，隨著我國航空航天事業快速發展，GPS 技術也更加完善和先進，以北斗為代表的衛星系統已經處于世界領先地位。利用GPS技術獲取的數據具有較高的精度和可靠性，目前隨著GPS 技術的成熟，其在軍事、民生、環保、工程等領域不斷獲得應用，具有顯著的經濟價值、社會價值和生態價值。

2 3S 技術在水文與水資源工程中的應用理論分析

隨著我國水資源開發保護事業的蓬勃發展，水文與水資源工程的數量也持續增加，應用3S 技術進行工程測量和數據獲取，具有較高的便捷性、高效性，特別在探測水下地形中，其應用優勢較為明顯。通常情況下，探測地形主要是以橫截面為準，而結合水資源工程需求，將截面布置在河道上，利用水位、水面等數據測量，可以掌握水域深度，便于探測水下地形。3S 技術在具體應用中，可以利用RS 遙感技術對河流的寬度、長度等數據進行測量，應用GPS 技術可以科學定位測量位置，確保實地面積和高程；應用GIS 技術能夠將獲取的數據分析，根據數據和信息形成數字化三維立體地圖，為工程建設提供輔助作用[1]。

2.1 水文勘測

水文勘測屬于3S 技術應用的主要方面，可勘測指定水域的水勢、水源等內容，其應用理論如下：水文勘測主要在野外進行，GPS 技術在野外勘測中具有較強的應用性，能夠對勘測位置進行準確校正和定位；RS遙感技術通過無人機等飛行器實現測量，在既定的測量區域中，可以將數據傳輸到地面，低區域的地貌特征、地形情況進行分析；GIS 技術可以根據獲取的數據，構建合理的數字高程模型，并且對體積、高線以及面積等數據科學計算，同時，GIS 技術還能夠確定水下地形、地貌以及植被分布，具體顯著的應用效果。

2.2 水文模擬

在水文與水資源工程中，應用GIS 技術的主要作用是確定地形地貌，并且將獲取的數據通過地形或者模型的方式呈現，而隨著科學技術的發展，地形圖更加直觀，三維立體模式為主。在水文模擬中，主要通過DEM 技術實現，將水文模型和RS 技術充分結合，能夠實現測量數據的可視化和精準化，進行可視化操作和空間化分析。同時，同時DEM 建模，還可以掌握地形的關鍵數據，包括流域界限、坡度等，促使模型更具參考和使用價值[2]。

2.3 水文預報

水文預報屬于水文與水資源工程中應用3S 技術的重要功能，通過科學的預報能夠為當地防洪救災提供指導，3S 技術在具體應用中，主要是利用RS 技術對水域相關數據進行采集，然后通過對云圖動態分布和氣象資料開展分析，將分析數據與GIS 獲取的地理信息技術相結合，形成水文氣象模型，模型中涉及大量的水文要素，可以做出提前預報，例如洪峰的持續時間、流量等參數，進而幫助相關部門判斷洪峰造成的影響，制定應對措施和居民疏散計劃。

2.4 水環境監測

水環境監測工作具有一定的動態性、即時性和持續性，在監測活動中，3S 技術發揮了關鍵作用，其應用理論如下：通過自動監測設備實現監測工作，將自動化和智能化監測設備與3S 系統結合；例如在RS 技術應用中，將紅線測量儀安裝在無人機上，可以實現對水環境污染程序的動態監控；將傳感器與GIS 技術相結合，可利用傳感器及時傳遞的數據，判斷水環境的污染物、污染程度、pH、重金屬含量等[3]。

3 3S 技術在水文與水資源工程中的具體應用

3.1 在工程規劃中應用

水資源是一種重要且稀缺的資源，我國擁有豐富的水資源儲備量，但是由于人口眾多，人均占水量落后于世界平均水平，水文與水資源工程能夠對水資源進行合理使用和科學開發，從源頭規避水資源浪費情況。在以往的工程規劃中，需要消耗大量的人力和物力資源用于采集信息數據，進而為工程建設提供數據支撐。應用3S 技術可以快速完成數據采集，減少企業的人力和物力資源投入，數據采集具有高效性，數據真實可靠。例如在判斷水域水量中，可利用GIS 技術可以獲取水域的寬度、長度、流速等關鍵數據，然后利用計算機技術建立水體流量模型，以三維立體成像的方式，幫助工作人員判斷水體流量[4]。

3.2 在水污染監測中應用

當前我國政府提出構建“生態型社會”這一理念，生態發展也深入人心，人們對生態保護也更加重視。在以往粗放式發展模式下，水污染情況較為嚴重，在開展水源治理中，需要通過污染監測，明確水源的污染源、污染程度、污染物性質，進而制定科學的整治方案。在水污染監測中應用3S 技術，能夠對指定水域的污染變化情況進行分析，例如應用RS 遙感技術，可以通過無人機對整個水域進行監測，及時發現排放污染物的源頭，將具體位置傳輸到地面；又例如應用GIS 技術，能夠對水域污染程度的變化進行動態分析，并且建立水源污染模型，便于相關部門掌握水域的污染程度和污染情況，制定科學的應對處理措施。

3.3 在預防洪澇災害中的應用

洪災屬于一種自然災害，具有突然性、不可預見性以及破壞性等特點，如果發生嚴重洪災，會危害當地居民的財產和生命安全，如果可以在發生洪災前及時預警。緊急撤離當地居民，則能夠降低洪災的危害，避免造成社會動蕩和居民傷亡。隨著科學技術的發展，3S 技術在洪澇災害預防中獲得深入應用，對促進防洪工作的全面開展具有重要價值。例如應用RS 遙感技術，能夠對水域的水量變化信息進行動態采集，將數據傳輸到地面，便于工作人員判斷水量變化情況；又例如應用GIS 技術，可以獲取水域的相關圖片、影像和數據，構建準確的水量變化模型，提前預判可能發現的洪災，進而制定相關應對方案。隨著遙感技術的發展，其在災區重建中也發揮了關鍵作用，利用無人機可以對災區情況進行全面監控，為制定重建計劃提供數據輔助。

3.4 在水土保護中的應用

當前，我國廣大農村地區普遍存在水土流失問題，不僅對當地生態環境帶來負面影響，還阻礙了經濟建設進程，水土保護已經成為當地政府和農業部門的重要任務。在開展水土保護中應用3S 技術，能夠快速完成數據獲取，通過數據分析制定科學的應對方案。水土流失是一個緩慢的過程，應用GIS 技術水土流失數據進行動態采集，通過每天產生的數據建立模型，通過模型分析掌握導致水土流失的原因，為開展防治工作提供幫助。

3.5 在地形測量中的應用

在開展水文與水資源工程中，地形測量屬于關鍵環節，數據的準確性、科學性與工程建設質量密切相關，而在應用3S 技術中，需要整合各個技術的優勢，進而縮短測量的周期、保證數據真實。在地形測量中，通過GIS 技術能夠對海量的數據進行處理分析，處理過程為：智能化采集、動態儲存、集成管理以及綜合處理；應用GPS 技術可以快速、實時的提供目標空間信息；應用RS 技術可以快速獲得目標地點的數據信息。將3S技術進行整合，能夠快速得出目標地形的具體信息，并且生成三維立體圖形，實現智能化、實時化以及自動化測量。同時，3S 技術還可以解決以往測量中存在的問題，例如在測量地下平面和地形高程中，通過應用GIS 技術能夠快速生成數據，得到高進度的地形圖和斷面圖。

3.6 在斷層富水分析中應用

斷層是工程建設中較為常見的現狀，斷層通常是指地區內存在的導水通道，富含大量的水資源，需要對其富水進行科學分析。在應用3S 技術中，首先，需要結合當地的地理信息和地理資料，對斷層進行初步判斷，重點分析其巖性，不同材料和結構的斷層，其透水性能和儲水性能存在差異；其次，利用GIS 技術獲取其地理信息和水文地質等信息，判斷斷層巖石的疏松程度，如果結構較為疏松，則富水含量較大，乳溝結構較為緊實，則富水含量較小；最后，應用GPS 技術和GIS 技術，采集和分析斷層數據以及巖層結構，將各項數據以圖像的方式呈現，能夠幫助工作人員更加準確的判斷其富水含量。

3.7 在水資源自動監測中的應用

水資源監測屬于水資源開發和利用的基礎性工作，在自動監測中應用3S 技術，能夠節約物力以及人力資源，進而保證監測質量和數據準確。檢測單位首先要建設監測信息化平臺，將動態獲得的數據信息上傳到平臺上，而獲取信息的方式則為3S 技術，例如應用RS 遙感技術，對指定水域的寬度、流速進行動態監測；利用GIS 技術，將數據生成可視化圖像，并且實現數據的自動化保存和利用。同時，將GIS 技術和RS 技術充分結合，還能夠對水資源的污染情況、水土流失、富營養化以及污染源分布進行監控

3.8 在水文勘測中的應用

在勘測水文地質中，3S 技術也發揮了關鍵作用，其能夠對江河湖泊的具體情況進行探測，獲取圖形、圖像以及數據等相關信息，并且將數據儲存到云端。例如利用RS 遙感技術，能夠動態收集各項水文地質數據，然后將其傳輸到地面，利用GIS 技術進行數據建模，使用GPS 技術核對相關位置和數據，確定檢驗范圍。在完成圖像建模后，可通過三維立體圖形將數據直觀展示給使用者，完成水文地質的全面勘測。同時，應用數字化模型，還可以體現勘測目標的體積、面積等數據，進而更好地體現勘測區域的地貌特點和水文特性。

4 在水文與水資源工程中3S 技術的應用關鍵點

4.1 落實前期準備

在應用3S 技術之前，需要制定科學的應用方案，并且遵守相關法規法律在明確技術方案后，制定RS 遙感飛行的路線。同時，施工單位還要準備好相關人員、設備以及材料，對工程成本、質量、速度以及安全等因素進行綜合考慮，為后續的工程建設夯實基礎。

4.2 做好組織協調

在3S 技術具體應用中，施工單位需要做好組織協調工作，如果發現工作中存在問題和不足，要及時組織人員解決，并且對原本的技術方案進行妥善修改。同時，在連續作業中還要做好交接工作，規范臨時設備的使用行為，確保后續工作的有序和順利進行。

5 結語

總而言之，隨著社會的蓬勃發展，水作為一種重要的資源，在社會生產、居民生活和經濟建設中扮演了關鍵角色，在水文和水資源工程中應用3S 技術，能夠顯著提升工程質量，實現水資源的科學開發利用，充分滿足社會居民的用水需求。因此，相關部門要積極開發和利用3S 技術，擴大其應用范圍、提升其應用價值，緩解社會生產與水資源管理的矛盾。