探讨遥感技术在水文与水资源工程中的应用

梁钧兰

（黄河水利委员会中游水文水资源局，山西 晋中 030600）

水是人类生存的基础资源，水资源的合理开发和保护利用是当前国际社会所倡导的主要话题。在实际工作中对水资源进行保护和利用需要获取到具体的数据信息作为参考，以及对这些数据进行管理。因此，对遥感技术在水文水资源监测中的应用进行研究，就具有十分重要的意义。

1 遥感技术概述

遥感技术是以电磁波理论为基础，利用传感设备从远距离感知目标反射出的电磁波、可见光、红外线等，以此实现探测和识别目标的目的。远程操控是遥感技术的最大优势，利用遥感技术的这一技术优势能在短时间内对大面积内的信息资料进行采集，将其应用到水文水资源领域中，可对水文水资源信息进行有效的监测和采集，帮助相关人员更好地掌握地区内的水文水资源情况。用于监测水文水资源信息的遥感技术主要是在红外波段的辅助下对地下水图像信息进行感知，了解地下水的温度值，进而全面地了解地下水整体情况。通常情况下，在气候干燥地区，地下水会与土壤的缝隙发生毛细管作用，进而对地面温度和湿度产生影响，利用遥感技术对地面温度进行监测，还可辅助完成对地下水资源的测评。当某地区出现干旱缺水的情况后，可利用红外遥感技术对地区内土壤的温度和湿度变化进行监测，进而获取准确的水文信息，深入了解地区内水资源的分布情况，为规划水资源的应用方案提供必要的数据支持，提高水资源的利用率。遥感技术利用人造卫星或其他飞行器对地面对象的信息进行采集，将信息资源以图片的形式进行直观展示，具有非常高效的工作效率，并且对工作环境的适应能力较强，即使在恶劣的天气环境中也能得到准确度较高的监测结果。

2 当前水利工程建设中水文水资源监测中存在的主要问题

在水利工程建设中，专业人员的技术水平和监测设备往往会直接影响工作的开展，受上述因素制约，水文数据资源很难实现完整与准确。因为数据采集期间任何一项数据都会对水利工程建设质量产生直接影响，所以施工单位在施工期间也要加强对以下问题的关注：其一，强化对专业技术人才的队伍建设，定期组织施工人员接受专业技术和知识培训，在技术人员职业素养和能力提升的背景下，获取更完整的水文数据信息和资料。其二，加强对监测设备的关注，适当增加资金投入，对现有的传统设备和技术进行优化，为后续水文水资源管理工作监测效率和准确性提升奠定良好基础。

3 遥感技术特点

遥感技术之所以在多个领域能得到广泛应用，主要是因为这项技术操作简单、检测效率高，并且还十分灵活方便。在科技不断进步的带动下，技术研究逐渐深入并且越来越成熟，在操作方面也变得越来越简单。在应用遥感技术时，我们只需要提前设置好飞行路线，然后再依据实际情况进行数据校正，就能够获得比较理想的测绘信息。另外，在应用过程出现问题后，系统具有自动判断的功能，会在发生问题后自动回到起点进行故障排除，等到故障消除之后又可以再次投入测量。另外，遥感技术在进行数据测量时，其工作效率是比较高的，在遇到突发情况的时候，遥感技术的反应速度也比较迅速，能够有效避免突发事件造成的负面影响，为测量工作的顺利进行提供有效保障，在测量进行过程中还可以有效规避严重问题的出现，并且能够满足人们对于数据测量的多种要求。飞行器的灵活方便性也十分突出，在不同的地点均能完成起飞以及降落，并不需要建立专门的机场。并且，在使用的过程中也十分方便，能够在多种方式的帮助下顺利完成不同地域的起飞以及降落动作，同时还可以快速到达目的地。完成测量工作之后，还能够以滑行的方式进行回收。除此之外，它们的重量相对来说也比较轻，体型较小，更加方便携带。

4 在水文水资源监测中运用遥感技术的优势

水资源是现代社会发展中非常重要的资源之一，相较于传统的监测技术，遥感技术的适用性很强且更为高效，几乎在所有的水体中都可以形成有效的监测，尤其是在一些无法进行人工监测的区域是可以利用遥感技术来进行监测的。①探测范围广。遥感技术相较于传统的人工勘测技术，其监测范围更广，且获取的数据信息种类更多，这些数据在扩大人类的视野范围的同时，也大大提升了人类的视觉空间，并且可以通过图像的方式来帮助工作人员对水资源的情况有一个宏观的认知。②手段多样化。遥感技术获取数据信息的手段种类繁多，从传统的卫星和飞机逐渐发展到不需要人工操作的和高轨道同步卫星及载人空间站等平台，同时观测的器械也从摄影系统变成各种先进的扫描系统，特别是运用微波传感器能对生物群落进行扫描，这提高了数据信息的收集效率和质量。③限制因素少。由于遥感技术收集信息数据的主要手段多是在高空中进行扫描收集，所以其不会受到地形的限制，在对目标进行扫描收集时，可以无视自然环境的恶劣条件，并且可以在有国际保护法的地区轻易地获取相关的资料。

5 遥感技术在水文水资源监测领域中的具体应用

5.1 小流域洪水监测

工作人员可利用遥感技术采集地区内的水文资源数据，将采集到的数据录入到水文模型中，以此得到径流预报信息。利用遥感技术采集到的水文数据准确性和可靠性较高，能帮助工作人员更加全面地掌握地区内的降水情况、土壤湿润度等，为径流量评估工作提供数据参考。当前用于小流域洪水监测的遥感仪功能已经非常全面，水位遥感仪通常以太阳能环保电池作为源动力，结合水位传感装置、无线接收和发射装置、数据采集储存器等共同构成，实现对径流量数据的采集和传输。根据水位检测方式的不同，可将水位遥感仪分为接触水位检测的浮子检测式和不接触水位的超声波检测式两种。接触水位监测的浮子检测设备还可进一步细分为岸式水位监测和岛式水位监测两种，其中岸式水位监测是利用管道连接河道和监测井，使二者在水平高度上保持一致，通过记录监测井内浮子的高度得到河道的水平面数据，该种检测技术具有较高的安全性，无需操作人员进入河道或监测井中，操作简便。岛式水位监测需要监测人员在河道内开展作业，通过记录竖井内浮子的高度得到河道水位的高度数据，操作中需保证井台和栈桥的连接质量。不接触水位的超声波监测方式是利用探头或雷达完成水位监测，雷达向水面发射信号，根据信号返回时间计算水位的高度和变化情况。该技术需要在河道中架设延伸支架。在实际开展的小流域洪水监测工作中，相关部门可结合自身的实际条件选择合适的水位监测模式，在设备完成安装并启动后，会对河道水位数据进行采集，并利用数字传输技术将采集到的数据传输给控制中心，工作人员可利用大数据处理软件对所有数据进行分类、整合和处理，最终得到准确的水资源变化数据。

5.2 水环境的自主监测

针对水污染等问题的解决，我们利用遥感技术的自主监测，实时进行信息监测和收集，并将收集的数据进行分析，保证水资源环境能够得到准确的监测，防止工业、农业等对水环境造成超标危害，为我国的环境保护保驾护航。由于该技术需要运用计算机技术，其可以完成实时监测、实时整理、实时分析、实时分享等一系列操作，可以在最短时间内得到最准确的结果，在我国水资源工程中发挥着重要的作用。

5.3 在水资源保护中的应用

首先从悬浮物上看，其作为水质的标准之一，其浓度是水资源保护中需要关注的重点，一般湖泊、水库环境都会受到悬浮物的扩散、沉降及分布的影响，若水中的悬浮物浓度过高，则会在反射波段范围上扩大，在遥感技术的应用下，一般是使用反演模型监测悬浮物的浓度。其次就是营养化程度，一般水资源的营养化是以藻类富集为标志的，因为藻类的光合作用主要是借助叶绿素来进行，这就说明其与地面的陆地制备特征相似。最后就是水污染监测，一般这个监测过程可以细分为常规水污染、突然水污染两种类型的监测。在常规水污染的监测活动中，当水体存在污染的情况时，水体中的很多指标都会发生变化，像温度、密度、透明度、颜色等，这些会让水体在遥感技术监测中的反射率呈现出来，相应的遥感图像上也会呈现出灰阶纹理、色调等形态的变化，所以在遥感技术的应用下，可以对水体的污染面积、浓度、范围、污染源等都有一个清晰的了解，并可以通过遥感技术来对其中异常的数据进行持续跟进监测。

5.4 水文和水资源勘测

近几年，随着国家一些相关政策的颁布，对自然环境和水资源的重视，水文和水资源的勘测变得更为重要。水文和水资源勘测包括地理方面的湖泊、河流的图像采集，以及水流、洪水、水资源引流等社会问题的解决，在这些方面都发挥着重要的作用，为我们的水资源信息收集、数据分类和建设提供着技术支持。

5.5 在降水量预测中的应用

随着我国科技水平的不断提升，卫星定位设备和遥感技术得到进一步融合，这一进步对提高信息的传输速度、远程调控的效果都具有重要意义，相关部门可依托遥感技术更深入地掌握水资源的分布情况。同时，结合雷达技术发射电磁波，能得到较为准确的降水量数据。通过在水文水资源领域中科学地应用遥感技术，有效提高了对水文水资源数据的采集效率和采集数据的准确性，但在对地区降水量进行预测时还存在一定不足，如对云层资源的获取存在一定限制，但可结合飞机辅助采集相关数据，进而保证数据的完整性，提高对地区降水量预测的准确性。

5.6 应用于水文资源监测调查中

在水文水资源的监测调查中，因为涉及的内容繁多，像地下水、降水量、蒸发量等都是需要调查的主要内容。在将遥感技术引入后，可以很好地完成这些调查工作，在蒸发量的调查中，通过遥感技术对地表能量、质量转化进行调查，最后通过遥感技术来进行估算，一般使用ERDASIMAGINE8.7系统来进行全遥感信息模型的估算，其中的几何计算模型还可以检查其中的误差，而在野外进行采点数据收集时可以使用数字化仪进行控制点坐标的采集。在地下水的调查中，由于地下水的监测环境较为复杂，容易受到多方面因素影响，所以获取到的调查资料容易缺乏准确性。而应用遥感技术来调查地下水，可以借助实地的地形地貌、地表植被等特征来实现地下水的调查采集，而这种技术的原理就是通过地表信息来检测出地下的水文信息，以此来达成地下水监测的目标，完成调查采集。

5.7 应用于水利规划和水环境治理中

在水利工程中，水文资源的变化性很大，必须掌握其变化特点，这是水利规划工作的前提。过去的二维静态水文图形数据已经非常落后，不能准确地计算覆水面积、水环境过程和灾害模拟，所以需采用先进的遥感技术来获取水文的各种信息数据，并且探测湖泊以及河道的各种特点。同时将遥感技术和三维技术、VR技术进行结合，实现更加先进的水利工程动态规划。通过合理治理水环境，除了能维护当地居民的生活以及生产外，同时也能保护水工设施设备。借助遥感技术，可以全面探测岸滩、湖泊、河道的情况，并且识别水体的质量以及地壳、泥沙、生物等情况。通过对探测到的信息和数据进行处理，也能展现出当地真实的水文环境。

6 结束语

水文水资源监测是保障我国经济社会实现可持续发展战略的重要前提之一，所以需要重视水资源的开发、利用、管理，提高水文水资源监测的工作质量，引进科学新技术并不断地创新，以满足水文水资源监测的发展需求，而遥感技术能够很好地改善水文水资源工程的工作质量，提高数据信息采集效率并能无视环境因素进行监测，并为管理人员提供有效的依据来做出管理计划。