試論3S技術在水文與水資源工程中的應用

李紹平

湖南宏芳工程咨詢有限公司 湖南 湘西 416000

當前，我國水文水資源工程事業在社會、經濟發展中取得了長足的發展。隨著我國社會經濟實力的不斷提高，科學技術的飛速發展，水文水資源工程越來越受到業界的關注。當前，為推動水文水資源事業發展，必須把握機遇，不斷加強學習，不斷提升相關管理水平，運用科學技術實現工程技術的突破與發展，推動和規范3S技術，為今后的工程行業的建設打下良好的基礎。

1 3S技術概述

1.1 GIS技術

GIS是地理信息系統的縮寫，它的產生源于機械地圖。該技術屬于電腦軟硬件平臺，并有相應的技術支撐。實現了高效的數據采集、存儲和查詢，對所需的地理信息資料進行計算、分析。GIS不僅可以實現數據信息的自動錄入，而且還可以提供數據模型、開放式結構等快速的業務。該技術具有多種功能，既能為一般用戶提供方便、快捷的服務，又能適應水文水資源工程的實際需要。

1.2 RS技術

RS技術是遙感技術的縮寫，而這一技術的源頭，就是航空攝影測量技術。它的工作原理是通過與使用者的遠程接觸，對相關使用者的目標進行監視和判斷，從而對使用者的特性進行分析。通過對被測對象的電磁信號進行實時采集和記錄，將其記錄成圖像，從而為水文水資源工程提供重要的、合理的信息資料。因此，遙感技術是一種能夠進行多波段、全天候、多平臺等多種觀測手段的對地觀測。同時，對高分辨率圖像進行自動識別和采集是今后遙感技術發展的方向[1-3]。

1.3 GPS技術

GPS是全球定位系統的簡稱，它包括三大部分：衛星系統、地面控制系統以及用戶接收系統。GPS能夠為全天候和全球范圍內的 GPS服務提供實時的定位導航。與其他全球定位技術相比，該系統的優點是可以實現全球范圍的 GPS和全天候的位置和觀察，并且，它的定位精度和速度都比較高。隨著 GPS技術的不斷完善，在水文以及水資源方面的應用將會有很大的幫助。

2 3S技術在水文與水資源工程中的應用優勢

3S技術是一種現代信息技術，它是遙感技術、地理信息技術、全球定位技術三大技術相結合的技術。將其合理、高效地應用于水文水資源領域，將會發揮重要的作用和重要的科研價值。在水文水資源的領域中，3S技術的合理應用將會帶來巨大的優越性，并對其進行合理的探索。（1）為水文水資源等方面的工作取得良好效果。3S技術的合理應用，能夠在較短的時間內獲取大量的、有用的信息；而且，可以提高工作效率。（2）在水文和水資源方面，能夠提高信息資料的準確性。能在水文水資源方面應用3S技術，獲取資料等。由于它的技術限制了探測距離，不受外部環境等因素的限制，所以能夠獲得更精確的數據信息。（3）該技術具有良好的集成和可視化。利用3S技術，相關技術人員能夠獲取有關信息，對相關信息進行合理、高效的分析與研究，并且能夠將有關數據顯示在顯示屏上，具有很好的集成性和可視性[4-5]。

3 3S技術在水文與水資源工程上的理論應用

3.1 水文勘測

在水文和水資源方面，3S技術可以采集到河流、湖泊等地區的圖像資料，其實際的水文和水資源情況的水勢圖見圖1。

圖1 水文與水資源的水勢圖

由圖1可知，基于光譜和樣本區域特征的水勢圖可以滿足標記解釋和遙感圖像的識別。此外，3 S技術還包含了GPS技術，可以根據現場的實際情況進行定點、校核，特別是在野外，采用 GPS定位系統對現場進行定位，不但可以保證驗證的精度，利用地理信息系統，可以在較短的時間內，對水文水資源的測量結果進行有效、可靠的評價和分析。

3.2 水文模擬

DEM的分布模式是目前水文水資源工程對水文模擬研究的一個重要方向。從當前的形勢上來看，水文模擬技術與地理信息系統、水文模型之間的聯系十分緊密，因此可以通過 GIS技術對水文模擬進行管理和環境空間分析。GIS在DEM的分布格局中起著非常關鍵的作用，它可以幫助流域內的水文參數提取、模型化，包括流域的方向、坡度、匯流等，并對流域內的土壤、植被進行模擬，最終形成流域內的地表和地下水，為后續的水文水資源工程工作打下扎實的基礎。

3.3 水文預報

RS技術的廣泛應用，能使相關工作人員能夠在最短時間內獲得氣象數據，并迅速地繪制出衛星云圖，并與相應的自動監控系統和裝備相結合，利用地理信息系統平臺，對水文資料進行動態的電子地圖進行瀏覽。此外，還可以利用模型庫、人工神經網絡、回歸理論等技術和理論來科學合理地預報水文要素，如：降雨持續時間、降水量、洪峰流量等，為防洪抗災等工作提供實時、精確、科學的理論數據支撐。

3.4 生態環境與生態用水計算

收集和選擇數據源，根據土壤覆蓋的變化規律和分布情況，對遙感影像進行適當的調整，以提取專題數據信息，比如：農作物產量、水深以及土地的建造情況。利用地理信息系統進行生態環境調查，可以獲得大量的信息，從而達到生態環境管理、調控和評價之間的動態均衡，為今后的科學研究打下了堅實的基礎[6-8]。

3.5 防洪抗災

在防洪過程當中，能夠對災情做出有效的防備工作，運用 RS技術，能夠對流域的水文基礎數據進行精確采集，GPS技術能夠在小范圍內進行高精度的幾何定位，而 GPS與RS相結合，更能為相關用戶提供準確的數據來源，實現了自動化的管理與分析，并在突發事件中為災民提供了最優的疏散路徑。

4 3S技術在水文與水資源工程上的實踐應用

4.1 在水文與水資源工程規劃中的應用

水文水資源工程規劃關系到人類社會的發展，合理利用和使用特定地區的水資源，可以提高其利用效率，防止水資源的浪費。在水資源的規劃設計當中，為了實現水資源的合理配置，必須收集海量的數據資料。采用3S技術進行數據采集，能夠在較短的時間內實現大規模的數據采集，從而大大提高了數據的采集速度，為水文水資源工程的編制工作提供了方便。例如：在確定某一地區的水量時，該技術可以精確地分析某一地區的水流，并利用該技術對某一地區的水流進行預測。

4.2 水環境污染監測中的應用

通過對我國水環境污染狀況的分析，可以看出，目前我國的水資源質量狀況越來越差，應用3S技術進行水質監測，可以達到較好的效果。受污染的水域有不同程度的污染。應用3S技術，對受污染水域進行了數據信息的采集，并應用遙感技術對某一地區的水資源質量變化進行了監測。利用遙感圖像技術，可以實現對水質的實時監控，并結合采集到的數據，對某一地區進行科學的控制與預防，防止水污染進一步惡化。

4.3 水文與水資源的水土保護中的應用

我國水土流失問題關系到一個地區的實際經濟發展，因此，對某一地區的水文、水資源的動態變化進行監測，將有助于保護這一地區的發展。在實施3S技術的同時，還必須依靠高效的數據信息采集系統來實現水質的保護。3S技術還必須要有其他的數據采集與分析，在處理完這些數據之后，再進行分析和判斷，最終得出一個有效的解決方案。水體防護工作要求采集與污染有關的海量資料，并在此基礎上對其進行分析、處理，并對其進行動態監測，為流域內的水土保持工作提供數據支撐，并據此制訂出一套科學合理、行之有效的水土保護措施。

4.4 斷層富水分析中的應用

斷層一般是區域內的一個主要的輸水通道，它含有豐富的水分，所以對斷層進行富水分析就顯得非常有意義。首先，要從當地的地質、地理信息等方面，對斷層的巖性等進行分析，因為斷層的儲水和滲水性是不一樣的，松散的構造可以容納大量的水分，但若地質活動已消失并為地斷層，則水分含量比較低。因此，利用 GIS技術，可以分析地層的結構、斷裂等參數，從而判斷是否有富水，利用計算機軟件所產生的圖像，對富水性進行判定。

4.5 在地形測量設備中3S技術的作用

地形測量儀器的主要功能是測量海底的橫斷面和水下地形的相關實際狀況，從而保證水文和水資源工程的順利進行。首先是對水文和水資源進行分析，通過與實際資料的對比，保證了實際的水質水文狀況，為水文和水資源工程的實施提供了相關的依據。其次，就是利用地面測量儀器，將水下的地形測繪出來，然后進行飛機的位置和深度測量，利用 RTK技術和回波測探儀進行測量，為下一步的工作做好準備，打好基礎。

5 強化3S技術在水文水資源工程應用效果的建議

5.1 加強3S技術綜合使用

在提高標準、規范的基礎上，要不斷地改進和整合運用3 S技術，充分利用現有3S技術的優點和特點，促進3 S技術在水文水資源工程領域的應用和發展。合理、有效地將3S技術與水資源管理技術、計算機技術相結合，為科學技術的合理發展和水文水資源管理的信息管理提供了方便。

5.2 做好3S技術應用前組織策劃

科學合理的方案是提高水文水資源工程質量的先決條件。這就需要有關部門嚴格遵守國家有關法律、法規，并根據當地的水文水資源和其他環境條件，確定技術路線，選取最具代表性的樣品，如實地記載事實。同時，為了保證樣本的可靠性和有效性，相關部門要提前分析潛在的負面影響，并制定相應的應對方案。在進行環境工程前期，要根據設計的相關要求、現場情況、材料、設備、人員配備等因素，結合3 S技術，綜合考慮工程的安全、速度、質量、成本等因素，最后確定3 S技術的應用方案，并積極地進行前期規劃，以便為后續的技術開發提供有利的條件。

5.3 加強內部協調管理

在確定了3S技術的規劃設計之后，在實施3S技術時，會有一定的偏差，需要有關方面積極地進行內部的協調和相關人員的管理，以保證各有關部門在原有的規劃和方案的基礎上進行，協同工作，主動改進工作中出現的問題或與工作方案不符的地方，以保證3S技術的順利實施。另外，3S技術中同一種工作水平的員工，在工作交接期間，必須自覺地進行協調，并利用臨時設備，確保工作的順利有序進行。

5.4 研發高配軟硬件

RS、GIS等技術是對相關遙感資料進行分析和處理的關鍵技術。由于遙感信息的采集需要大量的信息，因此需要大量的數據存儲設備。同時，還要求具備高配置的電腦進行資料的分析和處理。因此，有關方面要加大資金、人員的投入，研發高配置的軟件、硬件，以增強技術的發展。

5.5 提高3S技術應用人員職業素質

3S技術中有關人員的配合是提高工程質量的一個關鍵因素，但是有些工程還不夠完善，這與工程施工中的人員素質有很大的關系。為此，必須加強有關部門工作人員的技術培訓，定期開展水文水資源、3S技術等方面的培訓，以增強有關人員的自覺性和專業素質，并在工作中不斷學習先進技術，在此基礎上，構建了一支高素質、高水平的監測隊伍。同時，3S技術有關部門也應加強對3S技術人員的管理，以提升其知識水平和職業素養，增強其工作積極性和主動性，增強其責任感，保證3S技術的順利、圓滿地開展。

6 結語

在過去的水文和水資源工程領域當中，由于采用了大量的工程技術，在收集、分析和處理信息數據等方面存在著諸多缺陷，同時也無法跟上當今社會的經濟和科學技術的發展步伐。因此，3S技術在水文和水資源方面的應用，可以讓水利和水資源部門的相關工作人員獲得精確的測量結果，并且能夠及時地獲取和分析水文和水資源的最新資料。這不但極大地促進了水文水資源工程的發展，而且也為今后的發展指明了方向。