探究遙感技術(shù)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(nèi)13 個水資源最貧乏的國家之一，因此，實現(xiàn)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(fā)展產(chǎn)生積極作用。近些年來，水文水資源領(lǐng)域中遙感技術(shù)應用的深度和廣度均呈現(xiàn)出逐漸拓寬的局面，借助該技術(shù)，能夠有效監(jiān)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(jiān)測

在遙感技術(shù)應用到水文與水資源工程中時，相關(guān)工作人員能夠在遙感技術(shù)的幫助下完成相應區(qū)域內(nèi)水文資源信息和數(shù)據(jù)的采集，之后在水文模型中將完成采集的信息和數(shù)據(jù)進行錄入，從而獲取該區(qū)域的徑流預報信息。依托于遙感技術(shù)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(shù)據(jù)的幫助下，工作人員能夠?qū)^(qū)域內(nèi)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(qū)域內(nèi)徑流量的工作提供更加準確的數(shù)據(jù)參考，從而預測是否會出現(xiàn)洪水。就現(xiàn)階段遙感技術(shù)在水文與水資源工程中的實際應用狀況來看，在監(jiān)測小流域洪水時所使用的遙感儀設(shè)備已經(jīng)具備著十分全面的功能，這種遙感儀設(shè)備的作業(yè)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(huán)保電池，同時與數(shù)據(jù)采集處理存儲器、無線接收和發(fā)射裝置、水位傳感裝置等進行有機結(jié)合，共同構(gòu)成了水位遙感儀，進而實現(xiàn)采集和傳輸區(qū)域內(nèi)徑流量的目的。

以水位監(jiān)測方式作為依據(jù)，針對于不同的監(jiān)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(jiān)測的浮子監(jiān)測式水位遙感儀，這種遙感儀設(shè)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(shè)備，分別是岸式監(jiān)測和島式監(jiān)測兩種[1]。首先，岸式遙感水位監(jiān)測儀在實際應用期間主要是借助管道，將監(jiān)測井和河道連接到一起，從而使得這兩項內(nèi)容能夠在水平方向上保持相同的高度。在應用岸式水位監(jiān)測儀時，工作人員可以使用對監(jiān)測井內(nèi)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(zhì)上來說，岸式監(jiān)測的方式本身的安全性較高，工作人員在監(jiān)測水位時無須進入監(jiān)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(jiān)測如圖2 所示。其次，島式遙感水位監(jiān)測儀在實際使用時，監(jiān)測水位的工作人員需要進入河道內(nèi)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(xiàn)意外事故。島式水位監(jiān)測如圖3 所示。

（2）不接觸水位的超聲波監(jiān)測式水位遙感儀，該種設(shè)備在實際應用期間不需要與水面進行接觸。這種超聲波監(jiān)測方式在進行水位監(jiān)測的過程中通常是借助雷達或者是探頭向水面發(fā)射特定信號的形式，在發(fā)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(jù)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(jiān)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(shù)進行小流域洪水監(jiān)測的過程中，監(jiān)測單位可以與自身的具體條件作為依據(jù)，使用最適宜的水位監(jiān)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(shù)據(jù)，并在數(shù)字傳輸技術(shù)的幫助下將這些信息傳輸?shù)奖O(jiān)測單位的控制中心。在此之后，工作人員就可以依托于大數(shù)據(jù)處理軟件將全部數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)，以此作為依據(jù)判定是否會出現(xiàn)洪水。具體來說，在進行小流域洪水監(jiān)測的過程中，遙感技術(shù)在實際應用時的作業(yè)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(jiān)測信息。③完成模型建設(shè)[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(nèi)容，在這項工作中，同樣需要遙感技術(shù)在其中發(fā)揮作用。

2.1 懸浮物

在判定某一水域的水質(zhì)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(nèi)容之一，如果監(jiān)測水域中懸浮物的濃度較大，其反射波段范圍也會表現(xiàn)出一種較大的局面，基于此，在將遙感技術(shù)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(guān)信息。

2.2 營養(yǎng)化程度

通常情況下，藻類富集往往是判定水資源營養(yǎng)化程度的關(guān)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(shù)可以有效監(jiān)測相應水域中的藻類數(shù)量，為工作人員展開處理提供相應的依據(jù)。

2.3 水污染監(jiān)測

在監(jiān)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(guī)水污染兩種情況。在進行常規(guī)水污染監(jiān)測時，如果水域已經(jīng)被污染，那么水體的相關(guān)指標將會呈現(xiàn)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(xiàn)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(shù)在應用到水體監(jiān)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(jiān)測人員。不僅如此，該水域?qū)倪b感圖像中也會出現(xiàn)色調(diào)、灰階紋理等形態(tài)的變化[3]。由此可見，依托于遙感技術(shù)，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(xiàn)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(shù)持續(xù)跟進監(jiān)測存在異常情況的數(shù)據(jù)。

3 降水量監(jiān)測

在監(jiān)測降雨量中應用遙感技術(shù)能夠達成準確率提高的目標，正因如此，遙感技術(shù)在降雨量監(jiān)測中的使用非常廣泛。遙感技術(shù)的應用在監(jiān)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(guān)系的方式，并利用地面雨量站與衛(wèi)星數(shù)據(jù)間存在的偏差值進行相應的降雨量監(jiān)測。在監(jiān)測降雨量的活動中，航空飛機、氣象衛(wèi)星和雷達等科技手段的運用次數(shù)均較多，能夠通過計算機技術(shù)獲取和處理大量空間信息。在一般條件下，當?shù)孛娼邓炅空镜膶嶋H數(shù)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(qū)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(shù)和氣象衛(wèi)星技術(shù)相結(jié)合的形式。一般情況下，氣象衛(wèi)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(xiàn)降水量預報的目的。現(xiàn)階段，遙感技術(shù)在監(jiān)測降水量時使用頻率較高的一種技術(shù)形式還包括航空飛機，在應用時航空飛機需要深入云層內(nèi)部完成監(jiān)測，獲取到相應的信息和數(shù)據(jù)，同時使用計算機設(shè)備對采集的云雨信息和數(shù)據(jù)進行計算，從而為水文部門預報和預測降水量創(chuàng)造良好的支撐條件[4]。

4 蒸發(fā)量監(jiān)測

使用物理方法轉(zhuǎn)化地表能量和質(zhì)量從而完成監(jiān)測的形式即為蒸發(fā)量監(jiān)測。就現(xiàn)階段水文與水資源工程中監(jiān)測水域蒸發(fā)量的情況來看，衛(wèi)星是一種最常用的方式。在使用衛(wèi)星監(jiān)測時，應用次數(shù)較多的方法還包括能量余項法以及統(tǒng)計經(jīng)驗法等。在監(jiān)測一些復雜程度較高的水域的蒸發(fā)量時，還可以在衛(wèi)星的幫助下借助遙感信息模型完成相應的蒸發(fā)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(huán)境以及模型的差異化特征作為依據(jù)，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(xiàn)蒸發(fā)量監(jiān)測效果的提升。例如，一層遙感信息模型可以用于監(jiān)測地表上土壤和植被；二層遙感信息模型則可以用于監(jiān)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(qū)分。現(xiàn)階段，就我國的發(fā)展狀況來看，在監(jiān)測蒸發(fā)量時現(xiàn)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?qū)Φ孛鏃l件不均勻的區(qū)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(wèi)星遙感系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)，在工作實施階段，需要向水文模型中進行主要數(shù)據(jù)的輸入，再經(jīng)過運算獲取到有關(guān)的數(shù)據(jù)資料。在水文和水資源工程中，衛(wèi)星遙感技術(shù)的運用是預測預報徑流量的較為常用的手段，借助于衛(wèi)星遙感技術(shù)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(shù)是無法直接實現(xiàn)的。在對徑流量進行預測預報時，遙感技術(shù)使用相關(guān)水系、植被、土壤以及地貌等因素，同時與該地區(qū)的土壤含水量、蒸發(fā)量以及降水量進行有機結(jié)合，完成對徑流量的綜合估算。通過遙感技術(shù)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(jié)果。

6 結(jié)語

綜上所述，水文水資源監(jiān)測工作的良好開展是我國經(jīng)濟社會實現(xiàn)健康、長久發(fā)展的重要基礎(chǔ)和必要前提，提升對水資源開發(fā)、利用和管理的重視程度能夠為水文與水資源工程落實質(zhì)量的強化創(chuàng)造良好環(huán)境。在此期間，還要注重多種新型科學技術(shù)的引進和技術(shù)創(chuàng)新，從而與水文與水資源工程的發(fā)展需求進一步滿足。總體來看，遙感技術(shù)在水文與水資源工程中的應用可以為工作質(zhì)量的優(yōu)化和改善奠定堅實基礎(chǔ)，實現(xiàn)相關(guān)信息和數(shù)據(jù)采集效率的提升。