探究遙感技術在水文與水資源工程中的運用

蘇亮宇

（博羅縣縣城東江大堤管理所，廣東惠州 516100）

0 引言

我國淡水資源總量約占全球的6%，居于世界第四位，盡管如此，我國人均水資源占有量水平只能達到世界人均的1/4，是世界范圍內13 個水資源最貧乏的國家之一，因此，實現水資源利用率的有效提升可以為保障國計民生、推動國家發展產生積極作用。近些年來，水文水資源領域中遙感技術應用的深度和廣度均呈現出逐漸拓寬的局面，借助該技術，能夠有效監測水文與水資源的變化情況，為水資源利用率的提升提供幫助。

1 小流域洪水監測

在遙感技術應用到水文與水資源工程中時，相關工作人員能夠在遙感技術的幫助下完成相應區域內水文資源信息和數據的采集，之后在水文模型中將完成采集的信息和數據進行錄入，從而獲取該區域的徑流預報信息。依托于遙感技術所采集到的水文信息的可靠性和準確性處于較高層次，在這些信息和數據的幫助下，工作人員能夠對區域內的土壤濕潤度以及具體降水情況做到全方位的認知和了解，這可以為工作人員評估區域內徑流量的工作提供更加準確的數據參考，從而預測是否會出現洪水。就現階段遙感技術在水文與水資源工程中的實際應用狀況來看，在監測小流域洪水時所使用的遙感儀設備已經具備著十分全面的功能，這種遙感儀設備的作業原理如圖1 所示。通常來說，水位遙感儀的源動力為太陽能環保電池，同時與數據采集處理存儲器、無線接收和發射裝置、水位傳感裝置等進行有機結合，共同構成了水位遙感儀，進而實現采集和傳輸區域內徑流量的目的。

以水位監測方式作為依據，針對于不同的監測方式，所使用的水位遙感儀也是不相同的，一般來說，水位遙感儀可以被劃分為兩種。

（1）接觸水位監測的浮子監測式水位遙感儀，這種遙感儀設備在實際使用期間需要與水面接觸。其還可以被細分為兩種不同的水位遙感儀設備，分別是岸式監測和島式監測兩種[1]。首先，岸式遙感水位監測儀在實際應用期間主要是借助管道，將監測井和河道連接到一起，從而使得這兩項內容能夠在水平方向上保持相同的高度。在應用岸式水位監測儀時，工作人員可以使用對監測井內浮子高度進行記錄的形式獲取到河道的水平面信息。從本質上來說，岸式監測的方式本身的安全性較高，工作人員在監測水位時無須進入監測井中或者是河道中，并且操作難度也相對較低。岸式水位監測如圖2 所示。其次，島式遙感水位監測儀在實際使用時，監測水位的工作人員需要進入河道內開展工作，同樣使用記錄豎井中浮子高度的形式獲取相應的河道水位高度信息。在具體操作的過程中，需要確保棧橋和井臺連接位置的牢固性，以免出現意外事故。島式水位監測如圖3 所示。

（2）不接觸水位的超聲波監測式水位遙感儀，該種設備在實際應用期間不需要與水面進行接觸。這種超聲波監測方式在進行水位監測的過程中通常是借助雷達或者是探頭向水面發射特定信號的形式，在發射之后水面還會將信號返回，工作人員可以以信號返回時間作為依據對水位的實際高度和變化情況進行計算。不接觸水位的超聲波監測方式在實際應用期間需要在河道中進行延伸支架的安裝，其實際應用情況如圖4所示。

在具體使用遙感技術進行小流域洪水監測的過程中，監測單位可以與自身的具體條件作為依據，使用最適宜的水位監測模式。在完成水位遙感儀的安裝之后，就可以正式啟動，此時，儀器就可以采集河道水位的信息和數據，并在數字傳輸技術的幫助下將這些信息傳輸到監測單位的控制中心。在此之后，工作人員就可以依托于大數據處理軟件將全部數據加以分類、整合和處理，從而獲取到更加精準的水資源變化數據，以此作為依據判定是否會出現洪水。具體來說，在進行小流域洪水監測的過程中，遙感技術在實際應用時的作業流程共涉及以下3 點：①完成洪水預警體系的搭建。②整體并儲存監測信息。③完成模型建設[2]。

2 水資源保護

水資源保護始終是水文與水資源工程中的一項重點內容，在這項工作中，同樣需要遙感技術在其中發揮作用。

2.1 懸浮物

在判定某一水域的水質時，懸浮物是其中的一項重要標準，水域中懸浮物的濃度也是水資源保護期間值得重視的內容之一，如果監測水域中懸浮物的濃度較大，其反射波段范圍也會表現出一種較大的局面，基于此，在將遙感技術應用到水資源保護時，就可以通過反演模型的方法，獲取到懸浮物濃度的相關信息。

2.2 營養化程度

通常情況下，藻類富集往往是判定水資源營養化程度的關鍵指標之一，藻類需要進行光合作用，在這個過程中基本是通過葉綠素來完成的，這也就意味著藻類的光合作用與在陸地上生長的植物所進行的光合作用具備著相同的特征，遙感技術可以有效監測相應水域中的藻類數量，為工作人員展開處理提供相應的依據。

2.3 水污染監測

在監測水域污染情況時，通常有兩種類型，分別是突然水污染和常規水污染兩種情況。在進行常規水污染監測時，如果水域已經被污染，那么水體的相關指標將會呈現出比較特殊的情況，例如顏色、透明度、密度以及溫度等均會出現變化，較之未被污染的水體相對更加獨特。在這種情況下，遙感技術在應用到水體監測的過程中就會使用反射率將水體的污染情況直觀地展示給監測人員。不僅如此，該水域對應的遙感圖像中也會出現色調、灰階紋理等形態的變化[3]。由此可見，依托于遙感技術，水域的污染源、污染范圍、污染濃度以及污染面積均可以被準確地呈現出來，使得工作人員更加清晰地掌握污染的具體情況，與此同時，工作人員還能夠使用遙感技術持續跟進監測存在異常情況的數據。

3 降水量監測

在監測降雨量中應用遙感技術能夠達成準確率提高的目標，正因如此，遙感技術在降雨量監測中的使用非常廣泛。遙感技術的應用在監測降雨量時的原理主要為：通過在降雨點與云頂溫度間塑造關系的方式，并利用地面雨量站與衛星數據間存在的偏差值進行相應的降雨量監測。在監測降雨量的活動中，航空飛機、氣象衛星和雷達等科技手段的運用次數均較多，能夠通過計算機技術獲取和處理大量空間信息。在一般條件下，當地面降水雨量站的實際數量相對較少時，則需要利用雷達測量手段進行局地降水預測。如果某一區域上空的云層厚度較大，在計算降水量時需要使用雷達技術和氣象衛星技術相結合的形式。一般情況下，氣象衛星在大面積降水量預報中往往更加適用，通常是借助微波輻射方法和綜合方法等實現降水量預報的目的。現階段，遙感技術在監測降水量時使用頻率較高的一種技術形式還包括航空飛機，在應用時航空飛機需要深入云層內部完成監測，獲取到相應的信息和數據，同時使用計算機設備對采集的云雨信息和數據進行計算，從而為水文部門預報和預測降水量創造良好的支撐條件[4]。

4 蒸發量監測

使用物理方法轉化地表能量和質量從而完成監測的形式即為蒸發量監測。就現階段水文與水資源工程中監測水域蒸發量的情況來看，衛星是一種最常用的方式。在使用衛星監測時，應用次數較多的方法還包括能量余項法以及統計經驗法等。在監測一些復雜程度較高的水域的蒸發量時，還可以在衛星的幫助下借助遙感信息模型完成相應的蒸發量計算。在使用遙感信息模型計算的過程中，工作人員需要與水域的具體條件和環境以及模型的差異化特征作為依據，完成相應的計算。不僅如此，遙感信息模型還可以被細分成多層模型，進而實現蒸發量監測效果的提升。例如，一層遙感信息模型可以用于監測地表上土壤和植被；二層遙感信息模型則可以用于監測地表植被或者是地下和地上土壤熱量之間的存在的余熱，多層遙感信息模型則可以對多層土壤進行更加細致且精準的區分。現階段，就我國的發展狀況來看，在監測蒸發量時現代化程度較高的遙感信息模型為政務蒸騰計算機模型，該模型在實際應用時能夠對地面條件不均勻的區域進行精準的蒸散計算[5]。

5 徑流量預測預報

在測量和預報徑流量的過程中，依賴的信息一般來自于水文氣象臺站的信息和衛星遙感系統的監測數據，在工作實施階段，需要向水文模型中進行主要數據的輸入，再經過運算獲取到有關的數據資料。在水文和水資源工程中，衛星遙感技術的運用是預測預報徑流量的較為常用的手段，借助于衛星遙感技術的綜合應用，就可以對河道的徑流量作出準確的預測預報，這一目的單純使用遙感技術是無法直接實現的。在對徑流量進行預測預報時，遙感技術使用相關水系、植被、土壤以及地貌等因素，同時與該地區的土壤含水量、蒸發量以及降水量進行有機結合，完成對徑流量的綜合估算。通過遙感技術所采集到的全部信息需要使用計算機水文模型加以分析和處理，在此之后，水文單位就可以獲取到徑流量的預測預報結果。

6 結語

綜上所述，水文水資源監測工作的良好開展是我國經濟社會實現健康、長久發展的重要基礎和必要前提，提升對水資源開發、利用和管理的重視程度能夠為水文與水資源工程落實質量的強化創造良好環境。在此期間，還要注重多種新型科學技術的引進和技術創新，從而與水文與水資源工程的發展需求進一步滿足。總體來看，遙感技術在水文與水資源工程中的應用可以為工作質量的優化和改善奠定堅實基礎，實現相關信息和數據采集效率的提升。