3S技術在水文與水資源工程上的應用分析

史偉彥

摘 要：隨著社會經濟的不斷發(fā)展，水文水資源工程也逐漸朝著新的目標邁進，對水文水資源工程技術的要求也越來越高。3S技術是水文水資源工程領域最先進、最有效的管理和應用技術。它不僅可以進行水文自動檢測，而且對保證水資源工程的整體質量起到一定的作用。

關鍵詞：3S技術；水文；水資源工程；應用

1 前言

3S技術即地理信息系統(tǒng)，遙感技術以及全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)的統(tǒng)稱。3S技術在上世紀90年代初被提出，至今發(fā)展已接近30年，在工業(yè)、農業(yè)、災害監(jiān)測、生態(tài)環(huán)境保護、智慧城市等眾多領域得到廣泛應用并產生出巨大的經濟效益與社會效益。隨著信息技術的不斷普及和大眾需求的增加，3S技術發(fā)展方興未艾。

2 基本概念

2.1 地理信息系統(tǒng)

地理信息系統(tǒng)是在計算機軟硬件的支持下，對地理空間數(shù)據(jù)進行采集、存儲、管理與分析的一種空間信息系統(tǒng)，由人員、數(shù)據(jù)、硬件、軟件和過程五部分組成。GIS作為一門交叉學科，綜合了計算機科學、地理學、測繪科學等多個領域的成果。隨著地理信息產業(yè)的發(fā)展，其在政府、企業(yè)、產業(yè)及科學研究等方面取得廣泛應用。

2.2 遙感

遙感即在遠距離或高空利用傳感器采集地物輻射的電磁波譜信息，根據(jù)地物產生的波譜信息進行地物識別、分析與應用。衛(wèi)星遙感可根據(jù)采集的電磁波段分為可見光遙感、紅外遙感、多譜段遙感、紫外遙感和微波遙感；根據(jù)傳感器平臺，其可分為地面遙感、航空遙感和航天遙感。遙感技術被廣泛應用于氣象觀測、災害監(jiān)測、生態(tài)資源、地圖測繪及軍事偵察等領域。

2.3 全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)

全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)是利用一組衛(wèi)星的偽距、星歷等數(shù)據(jù)對地面進行點位觀測的一種技術。GNSS在政治、經濟及國防等領域有著重大意義，是國家安全和社會經濟的重要基礎設施，也是一個國家綜合國力的重要體現(xiàn)。中國自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）是繼美國全球定位系統(tǒng)（GPS）、俄羅斯格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）和歐盟伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GalileoSatelliteNavigationSystem）之后的第四個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。除軍事應用以外，GNSS技術也在交通運輸、氣象、個人位置服務、應急救援等民用領域應用廣泛，并產生出巨大的經濟社會價值。

2.4 3S技術集成

GIS、RS和GNSS結合自身優(yōu)勢，彌補彼此的不足，3S的集成應用分為GPS與RS的結合、RS與GIS的集合和GPS與RS的兩兩結合和三者的集成應用，其中三者的集成應用成為人們追求的目標。早前的3S集成應用基本處于系統(tǒng)間相互調用功能的基礎階段，目前3S集成向一體化系統(tǒng)發(fā)展，利用GNSS快速獲取地面實時位置信息，RS為應用研究提供基礎數(shù)據(jù)，結合GIS進行數(shù)據(jù)實時查詢與分析。“3S”集成具有重大意義，也具有相當難度，集成方式多種多樣，宜從簡單到復雜，從低成本到高成本，關鍵在于要找到它的應用市場。

3 3S技術在水文與水資源工程中的實際運用

3.1 對斷層中地下水進行分析

按照水文地質的相關理論，可以判斷出斷層富水程度和斷層巖石類型及斷層力學性質、規(guī)模、活動性等有直接的關系。根據(jù)斷層力學性質進行分析，張性與張扭性斷層的結構十分疏松，而且多有空隙，具有很強的透水性與含水性，屬于富水斷層。對可溶性與非可溶性的巖石判斷，會影響含水帶寬度，斷層如果具備含水的條件，即為富水斷層。根據(jù)斷層活動性來分析，非活動性斷層不論壓性與張性，破碎帶被填充產生膠結或固結，都可以判斷為非富水斷層。根據(jù)以上原則，應用GIS進行斷層富水的分析，按照翻譯的成果與地質構造，把斷層根據(jù)力學性質分成張性與張扭性斷層、壓性和壓扭性斷層，判斷是否是富水斷層。構建壓性和壓扭性的斷層、與性質不明的斷層10m緩沖區(qū)，把斷層線轉變成區(qū)，和巖性遙感的解譯圖分析空間疊加，來獲得斷層10m巖性信息。把斷層10m緩沖區(qū)巖性信息輸出，根據(jù)判斷原則來分析出斷層富水性。判斷原則為若碳酸鹽巖石大于斷層10m的緩沖區(qū)一半，就可以判斷出斷層是富水斷層，相反就是非富水斷層，在GIS中可以實現(xiàn)可視化。

3.2 對碳酸巖含水程度的分析

①需要充分的分析出碳酸鹽巖中的含水量與巖層的厚度、巖性以及巖層裂縫的發(fā)育程度，通常情況下通過長時間的觀察與GIS技術對碳酸鹽巖石的性質進行分析的同時還可以分析出地層的厚度與碳酸鹽巖斷裂的程度，根據(jù)碳酸鹽巖層的分析能夠有效分析出巖層的含水量與巖層的實際結構與情況，這樣一來就可以為水文與水資源工程的進行提供相應的基礎保障。②根據(jù)GIS技術對于碳酸鹽巖的實際分析可以確定供水性能與地下巖層的實際數(shù)據(jù)信息并計算出碳酸鹽巖的溶隙密度。將已經分析出的數(shù)據(jù)結果與相關的數(shù)據(jù)信息進行比對，以便能夠確保現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息可以為水文與水資源工程的進行提供保證。③根據(jù)實際數(shù)據(jù)結果顯示碳酸鹽巖的溶隙密度若高于巖層溶隙密度的平均值就可以形成含水量較大的含水層。

3.3 在地形測量設備中3S技術的作用

首先針對水文與水資源進行分析，在實際分析的過程中可以將水資源的實際數(shù)據(jù)信息與相關數(shù)據(jù)信息進行比對，以便能夠確保實際水質可以為水文與水資源工程的進行提供基礎保障。其次需要通過地形測量設備對水下地形繪制出相應的水下地形圖而后通過飛機定位以及深度測量，在實際測試的過程中可以通過RTK技術與回聲測探儀進行測量從而能夠完成測量工作，以便可以為接下來的工作打下良好的基礎。

4 問題與探討

（1）數(shù)據(jù)標準不統(tǒng)一：受遙感衛(wèi)星不同傳感器影響，導致影像數(shù)據(jù)空間、時間及輻射分辨率的不統(tǒng)一，而目前還沒有能夠較好兼容不同數(shù)據(jù)的方法。另外，柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)擁有不同的數(shù)據(jù)結構特征，綜合柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的優(yōu)點，構建一個統(tǒng)一標準、兼容不同數(shù)據(jù)的地理信息數(shù)據(jù)庫，是3S技術發(fā)展的目標。（2）提升數(shù)據(jù)精度：現(xiàn)階段GNSS技術大多只能用于室外定位，室內定位技術還未取得突破性進展，難以滿足室內高精度應用需求；目前的定位信息大多為二維坐標信息，在像重慶這樣的山地城市中往往不能提供精確的導航服務，因此加入準確的高程信息有助于解決這一問題。另外，提升遙感數(shù)據(jù)和GIS模型的精度，有助于將3S技術應用到更多精細化領域。（3）多學科整合：3S技術作為一門多學科交叉技術，不僅需要做到三者的內部整合，還需要與計算機網絡、人工智能、大數(shù)據(jù)等眾多領域深度結合。目前國內的3S主要集中于科研應用方向，對3S集成系統(tǒng)的開發(fā)工作還有待加強，而構建3S系統(tǒng)需要相關人員不僅具備3S技術知識，還應有計算機軟硬件等各方面背景，因此應該加強培養(yǎng)多學科高素質復合型人才，為3S技術的發(fā)展提供充足的人才儲備。

5 結束語

水資源無論是在生產活動中，還是在人們日常生活中均承擔著至關重要的作用。水資源作為人類賴以生存的主要資源之一，其自身的發(fā)展水平直接關系到人們的生活質量。在實際發(fā)展過程中可以發(fā)現(xiàn)，社會各類生產活動對水資源量和水環(huán)境的影響較為突出，這不僅會對區(qū)域經濟發(fā)展造成影響，還會為我國的水資源利用率造成較大影響。由此可見，針對水資源進行開發(fā)利用，宣傳節(jié)水意識的重要性。

參考文獻：

[1] 范博.節(jié)水現(xiàn)狀存在的水資源問題及保護措施探究[J].黑龍江水利科技，2016（8）：69～70.

[2] 唐穎豐.臨洮縣水資源狀況及開發(fā)利用分析[J].水利規(guī)劃與設計，2018（1）：67～69+107.