淺述水文與水資源工程建設中遙感技術的應用

龔宇承

江西省地質局核地質大隊 江西 鷹潭 335001

隨著經濟社會發展的加快，水資源問題越發嚴峻，已經成為世界普遍面臨的難題。我國是缺水嚴重的國家，盡管淡水資源總量是2.8萬億m3，占世界水資源的6%，居世界第六位，但我國又是人口大國，人均水資源僅有2100m3，只有世界平均水平的28%，淡水資源問題始終是社會關注的焦點，和大眾的生產生活息息相關。所以，國家一直致力于對水文與水資源工作的探索和研究，從而為水利工程建設提供重要保障。當前，我國的水資源依舊是南北分布不均，存在東多西少的情況，國家也相繼出臺了一系列的政策、采取了一系列的措施來加速水資源的治理。通過調查和研究，在水資源研究工作中，遙感技術能夠發揮重要的推動作用，可以有效增強我國水資源建設效果，提高水資源利用率。

1 遙感技術在水文與水資源中的應用優勢

當前，水資源的重要性無可比擬，這是當今社會發展中的重要稀缺源之一，與以往的監測技術相比，RS技術具有較強的適用性，并且監測效率較高，一般在任一的水體中都能夠形成高質量的監測，特別是某些難以利用人工展開監測的區域，此類區域是能夠通過RS技術來展開監測工作的。

第一，具有探測廣的優勢。與以往的人工勘測技術相比，RS技術的監測領域更為廣泛，且收集到的信息種類更加齊全，此類數據展現到大眾的視野區域，極大的拓寬了大眾的視覺空間，憑借圖像的方式來輔助工作者宏觀認知水文與水資源的情況。

第二，具有多樣化的信息獲取手段。RS技術獲取信息的手段很多，自早期的衛星與航測飛機漸漸發展到現今的無人機、GEO衛星與載人空間站等[2]。另外，所用的觀測器械也自攝影系統發展到各類先進的掃描系統，尤其是憑借微波傳感裝置可以精準的掃描生物群落，提升數據信息的獲取效率，提升數據信息質量。

第三，具有很少的制約因素。因為RS技術獲取信息數據的手段通常自高空中展開掃描采集，因此該技術不會被地形因素所制約，在掃描和采集目標對象時，能夠忽略惡劣的自然條件，同時能夠在有國際保護法的區域輕松的收集有關資料。

2 水文與水資源工程建設中存在的問題

在水文與水資源工程建設中，工作人員的專業技術水平與監測儀器設備通常會對工作的展開產生直接的影響，因上述因素的束縛，獲取的水文數據基本難以保持完整性與精準性。由于數據采集過程中不管哪一項數據出現問題都可能直接的影響到水文與水資源工程建設的質量。因此，建設單位在施工過程中也應該高度重視如下方面的問題：

第一，專業技術人才隊伍的建設問題。水文與水資源工程建設中，工作人員能力不足，會影響到數據資源獲取的效率和質量。所以應該定期組織工作人員參加專業技能與知識的培訓活動，在工作人員專業素養與能力提升下，獲取更加全面的水文數據信息與資料。

第二，水文與水資源監測設備的問題。某些地區，水文與水資源監測設備陳舊、老化，所以應該加大資金的投入力度，更新和優化傳統設備與技術，為水文與水資源監測工作做好有力的鋪墊。

3 水文與水資源工程建設中遙感技術的實際應用

3.1 監測小流域的洪水災害

相關工作者可憑借RS技術獲取區域內的水文與水資源數據，把獲取的數據引入到水文模型之中，從而獲取徑流預報信息。利用RS技術獲取的水文數據具有較高的精準性與可靠性，可以輔助工作者更為全面地了解區域內的降水情況與土壤溫濕度等，為評估徑流量給予重要的數據參考。現今用來監測小流域洪水災害的遙測儀已經具有極為完善的功能（如圖1所示），水位遙測儀一般將太陽能電池當成動力來源，根據水位傳感器、無線接收機、發射器以及數據采集儲存裝置等組成部分，完成了徑流量數據的收集與傳輸。

圖1 水位遙感儀工作原理

第一，布置水位遙感儀。基于不同的水位監測方的，可把水位遙感儀劃分成2種，一為與水位接觸的浮子監測方式，二為不與水位接觸的超聲波監測方式。

首先，前者的監測設備又可以細分成岸式水位監測與島水位式監測，第一種監測屬于利用管道將河道與監測井連接起來，確保其高度保持統一，憑借對監測井中浮子高度的記錄獲取河道的水平面數據，該技術的安全性比較高，不用工作人員進入河道或監測井就可簡單操作；第二種監測是要監測者在河道內實施作業，憑借對豎井中浮子高度的記錄獲取河道水位的高度數據，作業中要確保井臺連接棧橋的質量（如圖2所示）。

圖2 岸式水位監測與島水位式監測圖

其次，后者是借助探頭或雷達實現水位監測的目標，其中雷達發射信號到水面，結合信號往返的時間對水位的高度與變化情況進行計算。此類技術必須在河道內支設延伸支架（如圖3所示），在具體監測小流域的洪水災害過程中，工作人員可根據所屬部門的現實條件采用有針對性的水位監測方式，在安裝并開啟設備之后，會采集河道水位數據，然后借助數字傳輸技術把獲取的數據傳輸到控制中心，操作人員可憑借大數據處理程序分類、整合與處理獲得的所有數據，最后得到精準的水資源變化數據。

圖3 不與水位接觸的超聲波監測方式

第二，小流域洪水災害的監測流程。其實際應用的監測流程為：

首先，建立水位預警體系。這可以輔助有關部門對所屬轄區內的降雨量進行統計，并測算預報、繪制電子圖，該體系能夠憑借先進的數字軟件模型展開建設，一次性達到對信息數據的自動分析目標，對所屬轄區內的所有流域的水資源變化情況展開實時監測與預警，并綜合預警等級設計行之有效的防控預案[3]。

其次，整合與保存監測信息。即采集所需要的電子地圖信息，獲取前期的信息數據等，結合獲取的信息來分析所屬轄區內的水資源實際分布情況，并有效預測雨水回流的情況。

最后，實現模型建設。憑借RS技術對區域內的水資源、水文分布等數據進行采集，實現信息模型的建設。相關工作者可通過該模型全面深入的分析不同流域具有的分布特點，評估該流域各個地段可以承受的降水量的極限值。模型的不同，所發揮的功能也有很大差別，例如，流域模型能夠全方位地了解區域內河道的徑流狀況，評估附近的水流情況，而水庫模型能夠為水利工程項目的選址與施工給予科學的參考數據，有關部門可以結合具體任務對相應的模型進行構建。

3.2 監測水文水資源的蒸發量

通過對蒸發情況的全面監測，可以有效的掌握地表能量朝著質量轉變的過程，并獲得相關的數據信息。但事實上對這種蒸發情況的監測工作要通過極為繁瑣的操作程序，無法保證監測的質量。依靠RS技術建立相應數據的模型獲取各層的蒸發數據，然后結合每個層面的數據差獲得可靠的蒸發量。首層主要監測地表植被與土壤，下一層主要監測地面上下與表層覆蓋物的熱量值，在蒸發量的計算時還要顧及到區域的水文情況。

3.3 監測區域的降水量

在我國先進技術發展的推動下，衛星定位裝置與RS技術獲得了深層次的融合，這對信息傳輸速度的提升、遠程調控效果的加強都有深遠的意義，有關部門可憑借RS技術進一步的了解所屬轄區的水資源分布情況。另外，利用雷達技術發射的電磁波可以獲得更加精準的降水量數據。將RS技術合理的引入到水文與水資源領域中，能夠提升獲取水文與水資源的數據的效率以及準確性，然而在監測區域的降水量過程中還面臨著很多問題，若獲取區域的云層資源受到一定的制約，卻能夠利用飛機幫助獲取有關的數據，以確保數據的完整性與可靠性，提升區域降水量預測的精準性。

3.4 監測地表水

在水文與水資源的管理中，地表水的監測也是其重要的組成部分，因為地表水具有的特殊性質，國內很多地表水都遭到了不同程度的污染，又因為地表水具有實時變化性，利用早期的人工監測方式已經難以滿足正常的監測需求。因此，通過RS技術的應用，能夠及時、高效的收集信息數據，也就是利用航空雷達展開監測，全面有效的收集目標點范圍內的水資源信息，利用陸基雷達對信息進行回收，如此就能夠構建出健全的地表水監測系統，針對某些被冰面覆蓋的水域，利用RS系統能夠大面積的掃描冰面，從而獲得精準的數據來為地表水的監測工作提供重要參考。

3.5 應用于水資源的保護

第一，針對水體中的懸浮物來說，這是評價水資源質量的一個重要標準。懸浮物的濃度現今是水資源保護工作中首要關注的目標，通常在湖泊與水庫環境中，懸浮物的擴散、沉降與分布等均會對其產生影響。如果水體中懸浮物的濃度太高，就有很大可能在反射波段區間內擴大，而在水資源的保護中引入RS技術，通常是利用反演模型對水體中的懸浮物濃度進行監測。

第二，針對水質的營養化程度來說，通常水質的營養化主要是將水體中的藻類富集程度當成主要標志。由于藻類進行的光合作用多是通過葉綠素來展開，這就代表其同地面的陸地制備特征類似。

第三，針對水體污染的監測來說，通常此類監測的過程可劃分成2種，一為常規水污染的監測，二為突然水污染的監測。在第一種的監測活動中，如果水體出現污染的情況，那么水體中就會有多項指標產生變化，比如，水體的溫度、密度、透明度以及顏色等[4]。此類指標會使水體在RS技術監測過程中通過反射率展示出來，獲得的遙感圖像中也會有灰階紋理、色調等形態變化的出現，因此通過RS技術的應用，能夠清晰的了解水體的污染規模、污染濃度、污染范圍以及污染源等，并能夠利用RS技術來實時跟蹤監測其中異常的數據。

4 水文與水資源工程建設中遙感技術應用的注意事項

RS技術屬于現今比較先進的監測技術，將其引入到水文與水資源工程建設中，能夠進一步提高工作效率與工作質量，還應該通過早期的勘察技術與方法來輔助，在RS技術采集信息的過程中還應該利用人工來審核信息數據，保證獲取數據的可靠性，提高數據的精準性。從某種意義上而言，RS技術也屬于一種先進的偵察技術，其實際的發展和利用都要依靠專業人才來實現[5]。

所以，有關部門還應該加大對專業人才的培養力度，側重RS技術的創新應用。比如，在水文與水資源的專業領域，要保證專業人才掌握統一的RS技術理論體系，能夠靈活的使用與RS技術有關的儀器和設備，提升RS技術的應用效果與價值。RS技術的應用有多種類型，比如，航空遙感以及地質遙感等，技術類型不同，所勘測的范圍與對象也就存在差別，所以在實際應用中，應該結合實際情況，充分發揮該技術的應用優勢，得到更為全面、精準的水文與水資源資料，保證RS技術的實用價值得到充分的發揮。

5 結束語

總而言之，隨著科技發展的推動，RS技術在水文與水資源工程建設中的應用越發的深入，一些早期的水文與水資源建設中面臨的問題也得到了很好的解決，為水文與水資源的探索和研究給予了更為全面、可靠的數據依據，較大程度的提升了水文模型構建與預算的精準性。另外，憑借RS技術可以進一步監測小流域的洪水情況、水資源的蒸發量、區域的降水量、地表水情況以及水污染程度等，為相關工作的開展提供了重要保障。