□卞英春 □周 俊 □朱文杰(江蘇省水文水資源勘測(cè)局常州分局)

淺談遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用

□卞英春 □周 俊 □朱文杰(江蘇省水文水資源勘測(cè)局常州分局)

文章是針對(duì)遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中應(yīng)用的探討。遙感技術(shù)自從20世紀(jì)60年代發(fā)展以來(lái)，因其高效率、高精度的特點(diǎn)在各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)都得到了廣泛應(yīng)用。筆者結(jié)合自身的工作經(jīng)驗(yàn)和相應(yīng)的理論知識(shí)，首先對(duì)遙感技術(shù)的特點(diǎn)，以及它在水文勘測(cè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了分析，而后詳細(xì)論述了遙感技術(shù)在水文領(lǐng)域內(nèi)的具體應(yīng)用措施以及相關(guān)的注意事項(xiàng)。

水文水資源；遙感技術(shù)；應(yīng)用

1 遙感技術(shù)概念及特點(diǎn)

遙感技術(shù)是20世紀(jì)60年代根據(jù)電磁波理論展起來(lái)的一種探測(cè)技術(shù)，它通過(guò)應(yīng)用各種傳感儀對(duì)遠(yuǎn)距離目標(biāo)所輻射和反射的電磁波信息進(jìn)行收集和處理，從而形成圖像，以達(dá)到對(duì)地面各景物目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別和探測(cè)的目標(biāo)。遙感技術(shù)是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的探測(cè)技術(shù)，可滿足現(xiàn)實(shí)生活中不同的需求，如在氣象觀測(cè)、資源考察、地圖測(cè)繪等方面都有應(yīng)用。遙感技術(shù)的特點(diǎn)在于速度快、質(zhì)量高，遙感技術(shù)應(yīng)用在水文勘測(cè)領(lǐng)域中，不僅可以簡(jiǎn)化工作程序，節(jié)約人力資源，提高工作效率，而且其工作成本低，測(cè)量信息數(shù)據(jù)量大，可以給研究者提供全方位的可靠數(shù)據(jù)。我國(guó)1998年長(zhǎng)江抗洪救險(xiǎn)中，就是利用了衛(wèi)星所提供的圖形對(duì)水情進(jìn)行的分析。具體來(lái)講，遙感技術(shù)在水文領(lǐng)域應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)可以歸納為：

1.1 信息量大，可實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)測(cè)

遙感技術(shù)不僅可以獲得可見(jiàn)光波信息，而且可以獲得可見(jiàn)光波以外的紫外線、紅外線、微波波段等信息，從而通過(guò)成像來(lái)使肉眼所見(jiàn)不得的物體特征顯現(xiàn)出來(lái)，全面擴(kuò)展了水位工作中的觀測(cè)信息量。另外，遙感技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中不受植被、云霧、冰層等影響，可實(shí)現(xiàn)全天候監(jiān)測(cè)，能擴(kuò)充水文勘測(cè)的調(diào)查量，能更好的認(rèn)識(shí)水文變化的規(guī)律。

1.2 沒(méi)有地域局限性

在傳統(tǒng)的人工作業(yè)采集水文勘測(cè)資料時(shí)，經(jīng)常會(huì)受到惡劣天氣、復(fù)雜地形的干擾，如冰雪、海洋、沙漠以及一些人煙稀少的地區(qū)，因地域存在一定的危險(xiǎn)性從而給人工作業(yè)帶來(lái)了極大的困難，使得數(shù)據(jù)收集也不完整。而當(dāng)利用遙感技術(shù)時(shí)則可以避免這一問(wèn)題，遙感技術(shù)不受地域和國(guó)界的限制，可以全方位的收集水文數(shù)據(jù)和資料，使水文工作中的資料與數(shù)據(jù)更加全面化，提高水文研究的科學(xué)性和精確度。

1.3 收集資料快捷

遙感技術(shù)中的陸地衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球覆蓋成像周期僅為16d左右，而且如果是多顆衛(wèi)星同時(shí)作業(yè)，還可以成倍的縮小探測(cè)周期。而在傳統(tǒng)的人工勘測(cè)時(shí)周期通常較長(zhǎng)，而且會(huì)經(jīng)常受到其它因素的干擾而延長(zhǎng)周期。因此，利用遙感衛(wèi)星技術(shù)效率高，周期短。

1.4 可一次性獲取大范圍內(nèi)的地物信息

遙感技術(shù)探測(cè)范圍大，尤其是當(dāng)陸地衛(wèi)星的軌道高度達(dá)到910km左右時(shí)，通過(guò)遙感技術(shù)一次就能覆蓋到地面34000km2左右的面積。這樣寬闊的取相視域相對(duì)于人工實(shí)地勘測(cè)來(lái)講有著巨大的優(yōu)勢(shì)。

2 遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域的應(yīng)用

2.1 降水量監(jiān)測(cè)

降水量的監(jiān)測(cè)是指通過(guò)在云頂溫度和降水點(diǎn)之間建立關(guān)系，并且利用衛(wèi)星信息和地面雨量站之間的差值進(jìn)行監(jiān)測(cè)。而對(duì)于一些雨量站比較稀疏的地方，除了常規(guī)的雨量站監(jiān)測(cè)之外，還可以利用雷達(dá)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，從而獲得相關(guān)降雨量的數(shù)據(jù)。雷達(dá)在降雨量估算處理中主要用于局部或者短缺的降雨量預(yù)報(bào)，它可以利用空間信號(hào)來(lái)處理相關(guān)的數(shù)據(jù)，并能采集相應(yīng)的降水粒子，通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)降水量進(jìn)行計(jì)算。除雷達(dá)之外，還有氣象衛(wèi)星和航空飛機(jī)等都可以應(yīng)用在降水量估算中。如果雷達(dá)不能很好的進(jìn)行處理數(shù)據(jù)，例如云層比較厚的時(shí)候，可以采用衛(wèi)星和雷達(dá)結(jié)合的方式對(duì)其進(jìn)行計(jì)算。衛(wèi)星通常用在大面積降水量預(yù)報(bào)的時(shí)候，利用衛(wèi)星進(jìn)行估算的主要有微波輻射法、綜合方法等。目前經(jīng)常利用航空飛機(jī)深入到云層中，對(duì)云層以及周圍進(jìn)行監(jiān)測(cè)，這樣可以從不同角度監(jiān)測(cè)出云層和余地的分布狀況，然后利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)相關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，從而為水文研究部門提供可靠的依據(jù)。

2.2 蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)

蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)是一種通過(guò)物理方法來(lái)對(duì)地表能量與質(zhì)量轉(zhuǎn)化的勘測(cè)手段。隨著近年來(lái)遙感技術(shù)不斷應(yīng)用，對(duì)于蒸發(fā)量的估算也趨于成熟。蒸發(fā)量的計(jì)算主要通過(guò)衛(wèi)星數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，如統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)法、能量余項(xiàng)法等，也可以用全遙感信息模型進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)這些模型各自的特點(diǎn)，還可以將這些模型分為多層模型，使其發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)。一層模型主要可以用在區(qū)別地表上土壤和植被方面，二層模型則主要用來(lái)計(jì)算地表植被或是地下土壤和地上熱量之間的余熱上。目前，也有使用多層模型將土壤分成很多層。近幾年，我國(guó)利用遙感數(shù)據(jù)在地表特征參數(shù)的基礎(chǔ)上，建立起了政務(wù)蒸騰計(jì)算模型，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)非均勻地面條件下的蒸散計(jì)算，給蒸發(fā)量的監(jiān)測(cè)和計(jì)算帶來(lái)了便捷的條件。

2.3 地下水遙感

在傳統(tǒng)的水位勘測(cè)領(lǐng)域中，地下水觀測(cè)一直是一個(gè)很復(fù)雜的環(huán)節(jié)，經(jīng)常因?yàn)楦鞣N困難導(dǎo)致人工勘測(cè)數(shù)據(jù)不足，從而造成地下水觀測(cè)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。而有了遙感技術(shù)應(yīng)用，則可以通過(guò)對(duì)地表植被以及地貌形狀來(lái)間接得到地下水的勘測(cè)數(shù)據(jù)。這是由于地下水雖然不能直接被觀測(cè)到，但地下水反映在地表上及地表植被上的信息可以通過(guò)遙感圖像技術(shù)破譯出來(lái)，從而間接得到地下水文信息。

2.4 徑流量預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)

凈流量的勘測(cè)和預(yù)報(bào)主要是以衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及水文氣象站的數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過(guò)將主要的信息輸入到水文模型中來(lái)計(jì)算得到的相關(guān)信息。遙感技術(shù)不能直接針對(duì)河川徑流進(jìn)行估算，但是可以用遙感技術(shù)對(duì)植被、土壤、地貌及相關(guān)水系等進(jìn)行研究，用降水量、蒸發(fā)量及土壤含水量等要素來(lái)進(jìn)行估算。通過(guò)上述信息建立起相應(yīng)的模型，經(jīng)過(guò)計(jì)算以獲得徑流量的勘測(cè)和預(yù)報(bào)結(jié)果。最早的徑流量預(yù)算方法就是以遙感技術(shù)為基礎(chǔ)，然后利用了水文模型、衛(wèi)星云圖來(lái)對(duì)地表的植被和土壤進(jìn)行分析，并使用雷達(dá)對(duì)降水量進(jìn)行預(yù)測(cè)來(lái)進(jìn)行輔助。近年來(lái)隨著遙感技術(shù)在水資源勘測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，新型的以多種覆蓋類型蒸發(fā)的計(jì)算方法逐漸被研究得以應(yīng)用，為徑流量的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)提供了相應(yīng)的科學(xué)依據(jù)。

3 遙感技術(shù)在水資源領(lǐng)域中應(yīng)用的注意事項(xiàng)

3.1 對(duì)資料與數(shù)據(jù)的采用有選擇性

遙感技術(shù)在水位勘測(cè)領(lǐng)域中的優(yōu)勢(shì)是毋庸置疑的，但針對(duì)遙感技術(shù)獲取信息量大的特點(diǎn)，需要水文工作在資料以及數(shù)據(jù)的采用上有一定的選擇性，如航天遙感資料中不同的資料來(lái)源有不同的數(shù)據(jù)特點(diǎn)，尤其是在地面分辨率以及覆蓋區(qū)域上差異較大，但是也各自有不同的優(yōu)勢(shì)。因此，水文工作中要根據(jù)研究項(xiàng)目的目的來(lái)選取合適的遙感資料與數(shù)據(jù)以供其應(yīng)用。

3.2 遙感技術(shù)與人工作業(yè)結(jié)合

遙感技術(shù)相對(duì)人工作業(yè)來(lái)講盡管有著很大的優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)踐操作中不應(yīng)當(dāng)完全否定人工作業(yè)，而應(yīng)該將二者進(jìn)行完美的結(jié)合應(yīng)用。究其原因，在于遙感技術(shù)并不能提供水文研究所需要的所有資料與數(shù)據(jù)，需要人工勘測(cè)進(jìn)行補(bǔ)充。而且，就遙感技術(shù)取得的資料來(lái)講，其中重要的內(nèi)容需要人工作業(yè)來(lái)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證和審核，保證遙感技術(shù)所取得的資料與數(shù)據(jù)解譯的準(zhǔn)確性。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的深入應(yīng)用，它已經(jīng)逐漸取代了許多傳統(tǒng)的人工勘測(cè)手段。遙感技術(shù)不僅提高了工作的效率，縮短了勘測(cè)工作的周期，同時(shí)也提高了水文模型和預(yù)算的精確度。但目前遙感技術(shù)在該領(lǐng)域內(nèi)仍有許多問(wèn)題存在，如對(duì)于問(wèn)題的解決程度、技術(shù)的實(shí)用化等，有待于遙感及相關(guān)水利專業(yè)人員在今后的應(yīng)用中給予徹底的解決。

[1]姜哲石.遙感技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用分析[J].科技天地，2011（12）.

[2]許有鵬,朱靜玉.遙感信息在水文動(dòng)態(tài)模擬中的應(yīng)用[J].水科學(xué)進(jìn)展,2009,6（2）.

[3]魯?shù)?遙感技術(shù)在國(guó)土資源調(diào)查中的應(yīng)用[J].國(guó)土資源，2008：17-18.

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1673-8853（2014）01-0051-02

2013-12-20

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