探討遙感技術在水文與水資源工程中的應用

梁鈞蘭

（黃河水利委員會中游水文水資源局，山西 晉中 030600）

水是人類生存的基礎資源，水資源的合理開發和保護利用是當前國際社會所倡導的主要話題。在實際工作中對水資源進行保護和利用需要獲取到具體的數據信息作為參考，以及對這些數據進行管理。因此，對遙感技術在水文水資源監測中的應用進行研究，就具有十分重要的意義。

1 遙感技術概述

遙感技術是以電磁波理論為基礎，利用傳感設備從遠距離感知目標反射出的電磁波、可見光、紅外線等，以此實現探測和識別目標的目的。遠程操控是遙感技術的最大優勢，利用遙感技術的這一技術優勢能在短時間內對大面積內的信息資料進行采集，將其應用到水文水資源領域中，可對水文水資源信息進行有效的監測和采集，幫助相關人員更好地掌握地區內的水文水資源情況。用于監測水文水資源信息的遙感技術主要是在紅外波段的輔助下對地下水圖像信息進行感知，了解地下水的溫度值，進而全面地了解地下水整體情況。通常情況下，在氣候干燥地區，地下水會與土壤的縫隙發生毛細管作用，進而對地面溫度和濕度產生影響，利用遙感技術對地面溫度進行監測，還可輔助完成對地下水資源的測評。當某地區出現干旱缺水的情況后，可利用紅外遙感技術對地區內土壤的溫度和濕度變化進行監測，進而獲取準確的水文信息，深入了解地區內水資源的分布情況，為規劃水資源的應用方案提供必要的數據支持，提高水資源的利用率。遙感技術利用人造衛星或其他飛行器對地面對象的信息進行采集，將信息資源以圖片的形式進行直觀展示，具有非常高效的工作效率，并且對工作環境的適應能力較強，即使在惡劣的天氣環境中也能得到準確度較高的監測結果。

2 當前水利工程建設中水文水資源監測中存在的主要問題

在水利工程建設中，專業人員的技術水平和監測設備往往會直接影響工作的開展，受上述因素制約，水文數據資源很難實現完整與準確。因為數據采集期間任何一項數據都會對水利工程建設質量產生直接影響，所以施工單位在施工期間也要加強對以下問題的關注：其一，強化對專業技術人才的隊伍建設，定期組織施工人員接受專業技術和知識培訓，在技術人員職業素養和能力提升的背景下，獲取更完整的水文數據信息和資料。其二，加強對監測設備的關注，適當增加資金投入，對現有的傳統設備和技術進行優化，為后續水文水資源管理工作監測效率和準確性提升奠定良好基礎。

3 遙感技術特點

遙感技術之所以在多個領域能得到廣泛應用，主要是因為這項技術操作簡單、檢測效率高，并且還十分靈活方便。在科技不斷進步的帶動下，技術研究逐漸深入并且越來越成熟，在操作方面也變得越來越簡單。在應用遙感技術時，我們只需要提前設置好飛行路線，然后再依據實際情況進行數據校正，就能夠獲得比較理想的測繪信息。另外，在應用過程出現問題后，系統具有自動判斷的功能，會在發生問題后自動回到起點進行故障排除，等到故障消除之后又可以再次投入測量。另外，遙感技術在進行數據測量時，其工作效率是比較高的，在遇到突發情況的時候，遙感技術的反應速度也比較迅速，能夠有效避免突發事件造成的負面影響，為測量工作的順利進行提供有效保障，在測量進行過程中還可以有效規避嚴重問題的出現，并且能夠滿足人們對于數據測量的多種要求。飛行器的靈活方便性也十分突出，在不同的地點均能完成起飛以及降落，并不需要建立專門的機場。并且，在使用的過程中也十分方便，能夠在多種方式的幫助下順利完成不同地域的起飛以及降落動作，同時還可以快速到達目的地。完成測量工作之后，還能夠以滑行的方式進行回收。除此之外，它們的重量相對來說也比較輕，體型較小，更加方便攜帶。

4 在水文水資源監測中運用遙感技術的優勢

水資源是現代社會發展中非常重要的資源之一，相較于傳統的監測技術，遙感技術的適用性很強且更為高效，幾乎在所有的水體中都可以形成有效的監測，尤其是在一些無法進行人工監測的區域是可以利用遙感技術來進行監測的。①探測范圍廣。遙感技術相較于傳統的人工勘測技術，其監測范圍更廣，且獲取的數據信息種類更多，這些數據在擴大人類的視野范圍的同時，也大大提升了人類的視覺空間，并且可以通過圖像的方式來幫助工作人員對水資源的情況有一個宏觀的認知。②手段多樣化。遙感技術獲取數據信息的手段種類繁多，從傳統的衛星和飛機逐漸發展到不需要人工操作的和高軌道同步衛星及載人空間站等平臺，同時觀測的器械也從攝影系統變成各種先進的掃描系統，特別是運用微波傳感器能對生物群落進行掃描，這提高了數據信息的收集效率和質量。③限制因素少。由于遙感技術收集信息數據的主要手段多是在高空中進行掃描收集，所以其不會受到地形的限制，在對目標進行掃描收集時，可以無視自然環境的惡劣條件，并且可以在有國際保護法的地區輕易地獲取相關的資料。

5 遙感技術在水文水資源監測領域中的具體應用

5.1 小流域洪水監測

工作人員可利用遙感技術采集地區內的水文資源數據，將采集到的數據錄入到水文模型中，以此得到徑流預報信息。利用遙感技術采集到的水文數據準確性和可靠性較高，能幫助工作人員更加全面地掌握地區內的降水情況、土壤濕潤度等，為徑流量評估工作提供數據參考。當前用于小流域洪水監測的遙感儀功能已經非常全面，水位遙感儀通常以太陽能環保電池作為源動力，結合水位傳感裝置、無線接收和發射裝置、數據采集儲存器等共同構成，實現對徑流量數據的采集和傳輸。根據水位檢測方式的不同，可將水位遙感儀分為接觸水位檢測的浮子檢測式和不接觸水位的超聲波檢測式兩種。接觸水位監測的浮子檢測設備還可進一步細分為岸式水位監測和島式水位監測兩種，其中岸式水位監測是利用管道連接河道和監測井，使二者在水平高度上保持一致，通過記錄監測井內浮子的高度得到河道的水平面數據，該種檢測技術具有較高的安全性，無需操作人員進入河道或監測井中，操作簡便。島式水位監測需要監測人員在河道內開展作業，通過記錄豎井內浮子的高度得到河道水位的高度數據，操作中需保證井臺和棧橋的連接質量。不接觸水位的超聲波監測方式是利用探頭或雷達完成水位監測，雷達向水面發射信號，根據信號返回時間計算水位的高度和變化情況。該技術需要在河道中架設延伸支架。在實際開展的小流域洪水監測工作中，相關部門可結合自身的實際條件選擇合適的水位監測模式，在設備完成安裝并啟動后，會對河道水位數據進行采集，并利用數字傳輸技術將采集到的數據傳輸給控制中心，工作人員可利用大數據處理軟件對所有數據進行分類、整合和處理，最終得到準確的水資源變化數據。

5.2 水環境的自主監測

針對水污染等問題的解決，我們利用遙感技術的自主監測，實時進行信息監測和收集，并將收集的數據進行分析，保證水資源環境能夠得到準確的監測，防止工業、農業等對水環境造成超標危害，為我國的環境保護保駕護航。由于該技術需要運用計算機技術，其可以完成實時監測、實時整理、實時分析、實時分享等一系列操作，可以在最短時間內得到最準確的結果，在我國水資源工程中發揮著重要的作用。

5.3 在水資源保護中的應用

首先從懸浮物上看，其作為水質的標準之一，其濃度是水資源保護中需要關注的重點，一般湖泊、水庫環境都會受到懸浮物的擴散、沉降及分布的影響，若水中的懸浮物濃度過高，則會在反射波段范圍上擴大，在遙感技術的應用下，一般是使用反演模型監測懸浮物的濃度。其次就是營養化程度，一般水資源的營養化是以藻類富集為標志的，因為藻類的光合作用主要是借助葉綠素來進行，這就說明其與地面的陸地制備特征相似。最后就是水污染監測，一般這個監測過程可以細分為常規水污染、突然水污染兩種類型的監測。在常規水污染的監測活動中，當水體存在污染的情況時，水體中的很多指標都會發生變化，像溫度、密度、透明度、顏色等，這些會讓水體在遙感技術監測中的反射率呈現出來，相應的遙感圖像上也會呈現出灰階紋理、色調等形態的變化，所以在遙感技術的應用下，可以對水體的污染面積、濃度、范圍、污染源等都有一個清晰的了解，并可以通過遙感技術來對其中異常的數據進行持續跟進監測。

5.4 水文和水資源勘測

近幾年，隨著國家一些相關政策的頒布，對自然環境和水資源的重視，水文和水資源的勘測變得更為重要。水文和水資源勘測包括地理方面的湖泊、河流的圖像采集，以及水流、洪水、水資源引流等社會問題的解決，在這些方面都發揮著重要的作用，為我們的水資源信息收集、數據分類和建設提供著技術支持。

5.5 在降水量預測中的應用

隨著我國科技水平的不斷提升，衛星定位設備和遙感技術得到進一步融合，這一進步對提高信息的傳輸速度、遠程調控的效果都具有重要意義，相關部門可依托遙感技術更深入地掌握水資源的分布情況。同時，結合雷達技術發射電磁波，能得到較為準確的降水量數據。通過在水文水資源領域中科學地應用遙感技術，有效提高了對水文水資源數據的采集效率和采集數據的準確性，但在對地區降水量進行預測時還存在一定不足，如對云層資源的獲取存在一定限制，但可結合飛機輔助采集相關數據，進而保證數據的完整性，提高對地區降水量預測的準確性。

5.6 應用于水文資源監測調查中

在水文水資源的監測調查中，因為涉及的內容繁多，像地下水、降水量、蒸發量等都是需要調查的主要內容。在將遙感技術引入后，可以很好地完成這些調查工作，在蒸發量的調查中，通過遙感技術對地表能量、質量轉化進行調查，最后通過遙感技術來進行估算，一般使用ERDASIMAGINE8.7系統來進行全遙感信息模型的估算，其中的幾何計算模型還可以檢查其中的誤差，而在野外進行采點數據收集時可以使用數字化儀進行控制點坐標的采集。在地下水的調查中，由于地下水的監測環境較為復雜，容易受到多方面因素影響，所以獲取到的調查資料容易缺乏準確性。而應用遙感技術來調查地下水，可以借助實地的地形地貌、地表植被等特征來實現地下水的調查采集，而這種技術的原理就是通過地表信息來檢測出地下的水文信息，以此來達成地下水監測的目標，完成調查采集。

5.7 應用于水利規劃和水環境治理中

在水利工程中，水文資源的變化性很大，必須掌握其變化特點，這是水利規劃工作的前提。過去的二維靜態水文圖形數據已經非常落后，不能準確地計算覆水面積、水環境過程和災害模擬，所以需采用先進的遙感技術來獲取水文的各種信息數據，并且探測湖泊以及河道的各種特點。同時將遙感技術和三維技術、VR技術進行結合，實現更加先進的水利工程動態規劃。通過合理治理水環境，除了能維護當地居民的生活以及生產外，同時也能保護水工設施設備。借助遙感技術，可以全面探測岸灘、湖泊、河道的情況，并且識別水體的質量以及地殼、泥沙、生物等情況。通過對探測到的信息和數據進行處理，也能展現出當地真實的水文環境。

6 結束語

水文水資源監測是保障我國經濟社會實現可持續發展戰略的重要前提之一，所以需要重視水資源的開發、利用、管理，提高水文水資源監測的工作質量，引進科學新技術并不斷地創新，以滿足水文水資源監測的發展需求，而遙感技術能夠很好地改善水文水資源工程的工作質量，提高數據信息采集效率并能無視環境因素進行監測，并為管理人員提供有效的依據來做出管理計劃。