探究遥感技术在水文与水资源工程中的运用

苏亮宇

（博罗县县城东江大堤管理所，广东惠州 516100）

0 引言

我国淡水资源总量约占全球的6%，居于世界第四位，尽管如此，我国人均水资源占有量水平只能达到世界人均的1/4，是世界范围内13 个水资源最贫乏的国家之一，因此，实现水资源利用率的有效提升可以为保障国计民生、推动国家发展产生积极作用。近些年来，水文水资源领域中遥感技术应用的深度和广度均呈现出逐渐拓宽的局面，借助该技术，能够有效监测水文与水资源的变化情况，为水资源利用率的提升提供帮助。

1 小流域洪水监测

在遥感技术应用到水文与水资源工程中时，相关工作人员能够在遥感技术的帮助下完成相应区域内水文资源信息和数据的采集，之后在水文模型中将完成采集的信息和数据进行录入，从而获取该区域的径流预报信息。依托于遥感技术所采集到的水文信息的可靠性和准确性处于较高层次，在这些信息和数据的帮助下，工作人员能够对区域内的土壤湿润度以及具体降水情况做到全方位的认知和了解，这可以为工作人员评估区域内径流量的工作提供更加准确的数据参考，从而预测是否会出现洪水。就现阶段遥感技术在水文与水资源工程中的实际应用状况来看，在监测小流域洪水时所使用的遥感仪设备已经具备着十分全面的功能，这种遥感仪设备的作业原理如图1 所示。通常来说，水位遥感仪的源动力为太阳能环保电池，同时与数据采集处理存储器、无线接收和发射装置、水位传感装置等进行有机结合，共同构成了水位遥感仪，进而实现采集和传输区域内径流量的目的。

以水位监测方式作为依据，针对于不同的监测方式，所使用的水位遥感仪也是不相同的，一般来说，水位遥感仪可以被划分为两种。

（1）接触水位监测的浮子监测式水位遥感仪，这种遥感仪设备在实际使用期间需要与水面接触。其还可以被细分为两种不同的水位遥感仪设备，分别是岸式监测和岛式监测两种[1]。首先，岸式遥感水位监测仪在实际应用期间主要是借助管道，将监测井和河道连接到一起，从而使得这两项内容能够在水平方向上保持相同的高度。在应用岸式水位监测仪时，工作人员可以使用对监测井内浮子高度进行记录的形式获取到河道的水平面信息。从本质上来说，岸式监测的方式本身的安全性较高，工作人员在监测水位时无须进入监测井中或者是河道中，并且操作难度也相对较低。岸式水位监测如图2 所示。其次，岛式遥感水位监测仪在实际使用时，监测水位的工作人员需要进入河道内开展工作，同样使用记录竖井中浮子高度的形式获取相应的河道水位高度信息。在具体操作的过程中，需要确保栈桥和井台连接位置的牢固性，以免出现意外事故。岛式水位监测如图3 所示。

（2）不接触水位的超声波监测式水位遥感仪，该种设备在实际应用期间不需要与水面进行接触。这种超声波监测方式在进行水位监测的过程中通常是借助雷达或者是探头向水面发射特定信号的形式，在发射之后水面还会将信号返回，工作人员可以以信号返回时间作为依据对水位的实际高度和变化情况进行计算。不接触水位的超声波监测方式在实际应用期间需要在河道中进行延伸支架的安装，其实际应用情况如图4所示。

在具体使用遥感技术进行小流域洪水监测的过程中，监测单位可以与自身的具体条件作为依据，使用最适宜的水位监测模式。在完成水位遥感仪的安装之后，就可以正式启动，此时，仪器就可以采集河道水位的信息和数据，并在数字传输技术的帮助下将这些信息传输到监测单位的控制中心。在此之后，工作人员就可以依托于大数据处理软件将全部数据加以分类、整合和处理，从而获取到更加精准的水资源变化数据，以此作为依据判定是否会出现洪水。具体来说，在进行小流域洪水监测的过程中，遥感技术在实际应用时的作业流程共涉及以下3 点：①完成洪水预警体系的搭建。②整体并储存监测信息。③完成模型建设[2]。

2 水资源保护

水资源保护始终是水文与水资源工程中的一项重点内容，在这项工作中，同样需要遥感技术在其中发挥作用。

2.1 悬浮物

在判定某一水域的水质时，悬浮物是其中的一项重要标准，水域中悬浮物的浓度也是水资源保护期间值得重视的内容之一，如果监测水域中悬浮物的浓度较大，其反射波段范围也会表现出一种较大的局面，基于此，在将遥感技术应用到水资源保护时，就可以通过反演模型的方法，获取到悬浮物浓度的相关信息。

2.2 营养化程度

通常情况下，藻类富集往往是判定水资源营养化程度的关键指标之一，藻类需要进行光合作用，在这个过程中基本是通过叶绿素来完成的，这也就意味着藻类的光合作用与在陆地上生长的植物所进行的光合作用具备着相同的特征，遥感技术可以有效监测相应水域中的藻类数量，为工作人员展开处理提供相应的依据。

2.3 水污染监测

在监测水域污染情况时，通常有两种类型，分别是突然水污染和常规水污染两种情况。在进行常规水污染监测时，如果水域已经被污染，那么水体的相关指标将会呈现出比较特殊的情况，例如颜色、透明度、密度以及温度等均会出现变化，较之未被污染的水体相对更加独特。在这种情况下，遥感技术在应用到水体监测的过程中就会使用反射率将水体的污染情况直观地展示给监测人员。不仅如此，该水域对应的遥感图像中也会出现色调、灰阶纹理等形态的变化[3]。由此可见，依托于遥感技术，水域的污染源、污染范围、污染浓度以及污染面积均可以被准确地呈现出来，使得工作人员更加清晰地掌握污染的具体情况，与此同时，工作人员还能够使用遥感技术持续跟进监测存在异常情况的数据。

3 降水量监测

在监测降雨量中应用遥感技术能够达成准确率提高的目标，正因如此，遥感技术在降雨量监测中的使用非常广泛。遥感技术的应用在监测降雨量时的原理主要为：通过在降雨点与云顶温度间塑造关系的方式，并利用地面雨量站与卫星数据间存在的偏差值进行相应的降雨量监测。在监测降雨量的活动中，航空飞机、气象卫星和雷达等科技手段的运用次数均较多，能够通过计算机技术获取和处理大量空间信息。在一般条件下，当地面降水雨量站的实际数量相对较少时，则需要利用雷达测量手段进行局地降水预测。如果某一区域上空的云层厚度较大，在计算降水量时需要使用雷达技术和气象卫星技术相结合的形式。一般情况下，气象卫星在大面积降水量预报中往往更加适用，通常是借助微波辐射方法和综合方法等实现降水量预报的目的。现阶段，遥感技术在监测降水量时使用频率较高的一种技术形式还包括航空飞机，在应用时航空飞机需要深入云层内部完成监测，获取到相应的信息和数据，同时使用计算机设备对采集的云雨信息和数据进行计算，从而为水文部门预报和预测降水量创造良好的支撑条件[4]。

4 蒸发量监测

使用物理方法转化地表能量和质量从而完成监测的形式即为蒸发量监测。就现阶段水文与水资源工程中监测水域蒸发量的情况来看，卫星是一种最常用的方式。在使用卫星监测时，应用次数较多的方法还包括能量余项法以及统计经验法等。在监测一些复杂程度较高的水域的蒸发量时，还可以在卫星的帮助下借助遥感信息模型完成相应的蒸发量计算。在使用遥感信息模型计算的过程中，工作人员需要与水域的具体条件和环境以及模型的差异化特征作为依据，完成相应的计算。不仅如此，遥感信息模型还可以被细分成多层模型，进而实现蒸发量监测效果的提升。例如，一层遥感信息模型可以用于监测地表上土壤和植被；二层遥感信息模型则可以用于监测地表植被或者是地下和地上土壤热量之间的存在的余热，多层遥感信息模型则可以对多层土壤进行更加细致且精准的区分。现阶段，就我国的发展状况来看，在监测蒸发量时现代化程度较高的遥感信息模型为政务蒸腾计算机模型，该模型在实际应用时能够对地面条件不均匀的区域进行精准的蒸散计算[5]。

5 径流量预测预报

在测量和预报径流量的过程中，依赖的信息一般来自于水文气象台站的信息和卫星遥感系统的监测数据，在工作实施阶段，需要向水文模型中进行主要数据的输入，再经过运算获取到有关的数据资料。在水文和水资源工程中，卫星遥感技术的运用是预测预报径流量的较为常用的手段，借助于卫星遥感技术的综合应用，就可以对河道的径流量作出准确的预测预报，这一目的单纯使用遥感技术是无法直接实现的。在对径流量进行预测预报时，遥感技术使用相关水系、植被、土壤以及地貌等因素，同时与该地区的土壤含水量、蒸发量以及降水量进行有机结合，完成对径流量的综合估算。通过遥感技术所采集到的全部信息需要使用计算机水文模型加以分析和处理，在此之后，水文单位就可以获取到径流量的预测预报结果。

6 结语

综上所述，水文水资源监测工作的良好开展是我国经济社会实现健康、长久发展的重要基础和必要前提，提升对水资源开发、利用和管理的重视程度能够为水文与水资源工程落实质量的强化创造良好环境。在此期间，还要注重多种新型科学技术的引进和技术创新，从而与水文与水资源工程的发展需求进一步满足。总体来看，遥感技术在水文与水资源工程中的应用可以为工作质量的优化和改善奠定坚实基础，实现相关信息和数据采集效率的提升。