邸國輝，李冬平，陳翠嬋

（1.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設計院，湖北 武漢 430064；2.湖北省水利水電科學研究院，湖北 武漢 430070；3.廣東省國土資源技術中心，廣東 廣州 510075）

水利監(jiān)測總體解決方案的研究

邸國輝1，李冬平2，陳翠嬋3

（1.湖北省水利水電規(guī)劃勘測設計院，湖北 武漢 430064；2.湖北省水利水電科學研究院，湖北 武漢 430070；3.廣東省國土資源技術中心，廣東 廣州 510075）

介紹了遙感技術、傳感器和通訊網(wǎng)絡技術，提出了水利監(jiān)測的總體解決方案，對監(jiān)測方法、變化檢測和建庫等方面進行研究。結果表明，水利監(jiān)測總體解決方案是可行的，具有大范圍、全天候、全天時的特點,可以為科學管理決策提供主要依據(jù)。

水利監(jiān)測；遙感技術；變化檢測

在人類社會的生存和發(fā)展中，需要不斷地適應、利用、改造和保護水環(huán)境。水利監(jiān)測信息不僅能客觀、準確地反映水利相關特征和現(xiàn)象，還能反映水利變化情況及其相互關系，反映國家自然資源、生態(tài)環(huán)境發(fā)展現(xiàn)狀，是制定區(qū)域發(fā)展規(guī)劃的重要基礎。

1 水利監(jiān)測的內(nèi)容和方法

1.1 干旱、洪澇監(jiān)測

區(qū)域旱情監(jiān)測主要是對土壤濕度、作物需水狀況進行監(jiān)測?？紤]到時間和空間分辨率的要求，主要以NOAA/AVHRR、EOS/MODIS為數(shù)據(jù)源，采用微波波段、熱紅外波段。旱情監(jiān)測方法主要有土壤熱慣量法（ATI）、作物缺水指數(shù)法（CW-SI）和溫度植被指數(shù)法（TVDI）（圖1）。

圖1 干旱監(jiān)測圖

旱情監(jiān)測可對灌區(qū)的運行管理提供決策依據(jù)。效果評價是高效灌溉管理的基本組成部分，來自田間信息的定期反饋可充分提高水利用效率，但獲取有關實際田間狀況的客觀評價是很困難的。采用遙感技術結合雨量計、水位計、流量計、土壤墑情監(jiān)測儀等傳感器則提供了解決問題的可能性。通過信息網(wǎng)絡，傳感器數(shù)據(jù)傳輸至灌區(qū)信息中心，可實現(xiàn)定期監(jiān)測田間濕度指標，在整個灌溉季節(jié)對灌溉調(diào)度方案進行修正，并相應地動態(tài)配水。

洪水災害是當今世界上最嚴重的自然災害之一 ，對其進行科學有效的監(jiān)測和評估是科學防災減災的基礎（圖2）。目前基于Landsat TM/ETM+、SPOT、EOS/ MODIS、NOAA/AVHRR、Radarsat/ SAR等衛(wèi)星遙感資料可應用于洪水水體提取、 淹沒面積計算以及洪水災情的影響評估。 合成孔徑雷達 （SAR） 具有全天時和全天候?qū)Φ赜^測優(yōu)勢，其空間分辨率高，可達到10 m甚至3 m。

圖2 1998年長江簰洲灣洪澇遙感監(jiān)測圖

利用遙感數(shù)據(jù)進行水體提取是基于水體與植被、土壤等在可見光段的光譜反射率有一定的差異，水體提取的方法主要有閾值法、譜間關系法等。

1.2 河道監(jiān)測

利用遙感技術可監(jiān)測河道岸線的變化。采用GNSS、回聲測深儀、水聲納、多波束測深系統(tǒng)測繪水下地形，并獲得水下三維影像，為河勢分析、近岸河床的沖淤變化、險段治理提供依據(jù)。

堤防內(nèi)部埋設滲壓計等傳感器，可實時獲得堤身浸潤線、堤基滲透壓力等，配合外部變形監(jiān)測（一般采用GNSS、全站儀、水準儀等大地測量儀器），通過專業(yè)模型分析，可為堤防安全評估提供科學依據(jù)（圖3）。

1.3 水環(huán)境監(jiān)測

圖3 荊江河段沖淤厚度平面分布圖（1996～1998年）

以環(huán)境減災小衛(wèi)星為主要數(shù)據(jù)源，對河流、水庫、湖泊等地表水體進行動態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)污染源、定位污染源，并監(jiān)測水面浮生物、水含沙量、葉綠素的空間分布以及反演水體的化學含量。

水體及其污染物的光譜特性是利用遙感信息進行水環(huán)境監(jiān)測和評價的依據(jù)。一般以光譜測量與采樣分析同步、地面光譜測量與遙感配合為基礎，建立水質(zhì)遙感模型（圖4）。

圖4 渤海灣葉綠素監(jiān)測

1.4 水土流失監(jiān)測

采用TM多光譜影像為基礎數(shù)據(jù)源，采用GIS技術，利用DEM進行子流域分析，并以土地利用數(shù)據(jù)為輔助資料，確立解譯標志和解譯精度，通過人工交互式，采用監(jiān)督分類法，結合信息融合法和邏輯推理法進行解譯，得到多年的流域土地利用類型分布圖，進行水土流失強度分級，制作流域的水土流失分布圖。通過空間疊加分析，從中提取水土流失強度類型的面積變化數(shù)據(jù)，進而得到水土流失的動態(tài)變化數(shù)據(jù)。

1.5 地質(zhì)災害監(jiān)測

利用遙感、GIS和計算機三維可視化技術，對地質(zhì)災害進行信息提取和解譯，可劃定滑坡、崩塌等地質(zhì)災害位置，利用GIS空間分析功能，結合高程、坡度、坡向、地層巖性、地震烈度和水系等因子對研究區(qū)地質(zhì)災害的空間分布特征進行分析，并采用層次分析法進行地質(zhì)災害易發(fā)性預測。

1.6 工程進程監(jiān)測

利用高分辨率遙感影像、LiDAR掃描數(shù)據(jù)，可實時監(jiān)測工程進展及其對周圍環(huán)境的影響。在南水北調(diào)中線引江濟漢工程中，利用工程開工前后的同一地點航空正射影像，對土方量、工程施工形象、移民村建設等進行較全面了解。

從圖5、6可見，進口閘、防洪閘的主體結構已完成，移民村已建2處，大堤兩側布置了棄渣場。另外，利用航空像對獲得工程開工前后的DEM，計算開挖土方量。

圖5 2000年5月航攝影像圖

圖6 2012年12月航攝影像圖

2 變化檢測及建庫

水利監(jiān)測的數(shù)據(jù)類型有文本、關系數(shù)據(jù)、影像、矢量等，采用面向?qū)ο驡eodatabase 數(shù)據(jù)模型比較適合建立水利國情監(jiān)測數(shù)據(jù)庫。

水利監(jiān)測的數(shù)據(jù)有：幾何尺度變化（如長度、面積、坡度等）、水利指標變化（如濕度、水量、水環(huán)境等）、變形體變化（如水平位移、沉降）等，采用自動或人工輔助的方法進行變化檢測，基于快照比較方式建立增量數(shù)據(jù)庫，為數(shù)據(jù)庫操作提供便利。

3 結 語

建成完整的水利監(jiān)測技術、標準，通過3S、通信網(wǎng)絡等技術的集成，可以持續(xù)地、全天時地進行水利監(jiān)測，形成快速、規(guī)?；O(jiān)測與分析能力，實現(xiàn)水利監(jiān)測信息對政府、企業(yè)和公眾的智能化服務，為國家戰(zhàn)略規(guī)劃制定、水利規(guī)劃管理、水利政策制定、災害預警和科學研究等提供有力保障。

[1] 李瑞清,邸國輝,郭輝．采用3S技術保護湖泊資源[A]．紀念'98抗洪十周年學術研討會優(yōu)秀文集[C]．鄭州:黃河水利出版社,2008

[2] 李香顏,陳懷亮,李有．洪水災害衛(wèi)星遙感監(jiān)測與評估研究綜述[J]．中國農(nóng)業(yè)氣象,2009(1):102-108

[3] 趙曉麗,張增祥,劉斌,等．基于遙感和GIS的全國土壤侵蝕動態(tài)監(jiān)測方法研究[J]．水土保持通報,2002(4):29-31

[4] 李鄭,褚進海,彭鵬,等．基于二期高分辨率遙感數(shù)據(jù)的巢湖礦區(qū)礦山地質(zhì)環(huán)境及動態(tài)變化研究[J]．安徽地質(zhì)，2012(3):205-207

[5] 孫敏章,劉作新,吳炳方,等．衛(wèi)星遙感監(jiān)測ET方法及其在水管理方面的應用[J]．水科學進展,2005(3):468-472

[6] 牛志春,李旭文,張詠,等．太湖流域水環(huán)境天地一體化監(jiān)測體系構建與應用[J]．環(huán)境監(jiān)控與預警,2012(1):1-5

[7] 張良,涂瀾濤,邸國輝．基于GIS的移民信息系統(tǒng)設計[J]．地理空間信息,2013,11(1):18-20

[8] 邸國輝,程崇木,劉傳生,等．基于IRS-P5衛(wèi)星影像測圖的關鍵技術研究[J]．地理空間信息,2012,10(3):27-30

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1672-4623（2015）02-0004-02

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.002

邸國輝，正高職高級工程師，從事GNSS、RS的應用與研究工作。

2014-09-06。

項目來源：湖北省水利重點科技資助項目（TG1316）。