馬強(qiáng)（新疆維吾爾自治區(qū)水文局　新疆　烏魯木齊　830000）

淺談水文水資源領(lǐng)域現(xiàn)代信息技術(shù)的意義

馬強(qiáng)
（新疆維吾爾自治區(qū)水文局新疆烏魯木齊830000）

本文首先分析了GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用，隨后論述了RS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用。期望通過本文的研究能夠?qū)Υ龠M(jìn)水文水資源現(xiàn)代管理工作水平的提升有所幫助。

水文水資源；信息技術(shù)；GIS；RS

1　引言

水文水資源領(lǐng)域涉及的范圍較多，其中包含的內(nèi)容較多，如水污染控制、水文情報、流域面雨量統(tǒng)計(jì)、地下水資源勘察、降水量、徑流量等等。在對該領(lǐng)域進(jìn)行研究的過程中，需要使用現(xiàn)代信息技術(shù)，如GIS技術(shù)、RS技術(shù)等等。其中GIS技術(shù)最為顯著的一個特點(diǎn)是可以精確地描述出空間實(shí)體及各個實(shí)體間的關(guān)系，可借助該技術(shù)分析、處理一定地理區(qū)域內(nèi)的分布現(xiàn)象。而RS技術(shù)則可對地表各種地物及現(xiàn)象進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制測量和識別。借此，本文就這兩項(xiàng)現(xiàn)代信息技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行淺談。

2　GIS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用

GIS是地理信息系統(tǒng)的簡稱，它是一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，能夠?qū)Φ厍蚩臻g數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、存儲、查詢、分析、建模、顯示及應(yīng)用。該技術(shù)集多種科學(xué)于一身，如信息科學(xué)、空間科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、地球科學(xué)等等。GIS技術(shù)最為顯著的一個特點(diǎn)是可以精確地描述出空間實(shí)體及各個實(shí)體間的關(guān)系，可借助該技術(shù)分析、處理一定地理區(qū)域內(nèi)的分布現(xiàn)象。GIS系統(tǒng)將空間實(shí)體與能夠反映這些實(shí)體特征的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，從而使其能夠真實(shí)反映出地圖上任意地物的屬性特征等信息，并能將多種要素疊加在一起，由此使得空間信息的分析更加直觀和簡便。由于GIS能夠?qū)崿F(xiàn)以下功能：數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)觀測、空間定位、空間分析等，從而可以使數(shù)據(jù)的作用得以充分發(fā)揮，由此能進(jìn)一步揭示各種指標(biāo)的空間分布規(guī)律及其基本特征。通常情況下，在GIS系統(tǒng)當(dāng)中，不但可以非常方便地對進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作，而且還能通過對相關(guān)數(shù)據(jù)庫的連接，擴(kuò)充數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，這樣便可以動態(tài)顯示出某個特定區(qū)域內(nèi)的變化情況。

2.1GIS技術(shù)在水污染控制規(guī)劃中的應(yīng)用

在區(qū)域環(huán)境規(guī)劃中，水污染控制規(guī)劃是較為重要的組成部分之一，在具體的控制規(guī)劃過程中，可用地圖的形式對功能區(qū)水域單元水質(zhì)分布情況、污水管網(wǎng)分布情況進(jìn)行存儲管理，而污染物的種類和數(shù)量可使用兼容的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲管理。圖1為基于GIS技術(shù)的水污染控制規(guī)劃方案。

圖1　基于GIS技術(shù)的水污染控制規(guī)劃方案

2.2GIS技術(shù)在水文情報預(yù)報中的應(yīng)用

在水文情報預(yù)報中，GIS技術(shù)的應(yīng)用具體體現(xiàn)在如下幾個方面：一是信息查詢與分析。以電子地圖為依托，通過GIS和數(shù)據(jù)庫，可以實(shí)現(xiàn)水情信息的查詢、檢索及分析計(jì)算，由此能夠獲得詳實(shí)、可靠的水文情報。二是確定模型參數(shù)。通常情況下，幾乎所有流域水文模型的參數(shù)都與地理信息相關(guān)，如河道長度、坡度、土壤分布情況以及土地利用面積等，這些參數(shù)全都可以借助GIS進(jìn)行確定。除這些基本參數(shù)以外的其它參數(shù)，如流域地貌單位線、下滲能力等，則可利用GIS間接獲取。三是DEM的應(yīng)用。DEM即數(shù)字高程模型，其不僅能夠?qū)α饔虻膮R流進(jìn)行計(jì)算，而且還能與水利學(xué)模型結(jié)合應(yīng)用，由此可以客觀、準(zhǔn)確地對相關(guān)災(zāi)情進(jìn)行評估，如分洪水量、淹沒范圍等。

2.3GIS技術(shù)在流域面雨量計(jì)算中的應(yīng)用

流域面雨量是水資源管理的主要決策依據(jù)，其計(jì)算方法相對較多，常用的有三角形法、等雨量線法、算術(shù)平均法等。實(shí)踐表明，應(yīng)用以上方法進(jìn)行雨量計(jì)算時，都需要具備一定的條件，才能確保計(jì)算結(jié)果的精度。如在流域面積相對較小且雨量資料較為齊全時，通過算術(shù)平均法能夠快速、準(zhǔn)確地計(jì)算出流域面雨量；如果流域的面積較大或是相關(guān)資料不充足，則無法使用該方法對面雨量進(jìn)行精確計(jì)算。GIS技術(shù)在該方面的應(yīng)用，使傳統(tǒng)計(jì)算方法的不足得到了有效彌補(bǔ)。例如，業(yè)內(nèi)的專家對模糊優(yōu)選神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與GIS預(yù)報模型進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，GIS在合格率和準(zhǔn)確度方面要遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)方法，充分證明了GIS在流域面雨量計(jì)算中的優(yōu)越性。更為重要的是，GIS技術(shù)不會受到人為等主觀因素的影響，故此，其處理降雨量在空間分布數(shù)據(jù)的效果更佳，能夠進(jìn)一步提升邊界分析質(zhì)量。

2.4GIS技術(shù)在地下水資源勘查中的應(yīng)用

在水資源規(guī)劃管理中，地下水勘查是較為重要的工作內(nèi)容之一，其最終目的是為了查明某個區(qū)域內(nèi)含水層的基本特征，如空間分布、水利聯(lián)系、地質(zhì)構(gòu)造以及含水層邊界等?？梢詰?yīng)用GIS技術(shù)，了解并掌握地下水的埋深深度、地表水的補(bǔ)給情況以及蘊(yùn)藏量等基礎(chǔ)信息，并以空間數(shù)據(jù)及相關(guān)成果轉(zhuǎn)化為模型，反映特定區(qū)域內(nèi)地下水資源的變化規(guī)律及特征，為地下水規(guī)劃管理提供決策依據(jù)。在地下水資源勘查中，主要借助GIS技術(shù)構(gòu)建空間數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，如水文地質(zhì)資料庫、地下水動態(tài)資料庫等，然后通過對數(shù)據(jù)庫的可視化查詢，來預(yù)測地下水的動態(tài)發(fā)展趨勢。

3　RS技術(shù)在水文水資源領(lǐng)域中的應(yīng)用

RS是遙感技術(shù)的簡稱，具體是指從高空或是外層空間接收來自地球表層的各類地理電磁波信息，通過對這些信息的掃描、傳輸及處理，對地表各種地物及現(xiàn)象進(jìn)行選距離控制測量和識別的技術(shù)。RS技術(shù)主要是由以下幾種技術(shù)構(gòu)成：信息傳輸技術(shù)、信息處理技術(shù)、信息提取技術(shù)、信息應(yīng)用技術(shù)以及信息測量技術(shù)等等。根據(jù)遙感儀器所使用的波譜性質(zhì)可將RS技術(shù)分為以下幾類：電磁波遙感技術(shù)、磁力場遙感技術(shù)、聲納遙感計(jì)數(shù)等等；按照遙感應(yīng)用領(lǐng)域的不同，又可將之分為環(huán)境遙感技術(shù)、海洋遙感技術(shù)、水文氣象遙感技術(shù)、地球資源遙感技術(shù)等等。

3.1RS技術(shù)在降水量監(jiān)測中的應(yīng)用

RS技術(shù)在降水量監(jiān)測方面的應(yīng)用主要是借助云層頂部溫度與像素降水點(diǎn)間聯(lián)系，并通過衛(wèi)星收集到的數(shù)據(jù)信息與地面測站間的差值進(jìn)行監(jiān)測。在有些地區(qū)，由于受環(huán)境的限制，雨量觀測站的數(shù)量比較稀少，此時為了獲取相關(guān)的降雨量數(shù)據(jù)，通常可以借助雷達(dá)、氣象衛(wèi)星或是航空飛機(jī)等設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測。在以上幾種設(shè)備中，雷達(dá)的使用頻率較高，其能夠?qū)臻g信號加以利用，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且還能采集相應(yīng)的降水粒子，利用計(jì)算機(jī)對降水量進(jìn)行計(jì)算。若是云層本身的厚度較大時，使用雷達(dá)無法很好地對降水量進(jìn)行估算，此時便可以采取衛(wèi)星與雷達(dá)聯(lián)合使用的方法，計(jì)算降水量。這是因?yàn)樾l(wèi)星能夠?qū)γ娣e較大的降水量進(jìn)行預(yù)報和估算，常用的方法有綜合法、微波輻射法等。此外，借助航空飛機(jī)深入到云層當(dāng)中能夠?qū)υ茖蛹捌渲車M(jìn)行監(jiān)測，由此能從不同的角度測出云層的分布情況，再將測得的數(shù)據(jù)傳給計(jì)算機(jī)，經(jīng)過分析處理后，便可將有關(guān)的數(shù)據(jù)信息顯示出來，而計(jì)算機(jī)則會自動收集云雨信息，為水文部門開展工作提供詳實(shí)、可靠的依據(jù)。

3.2RS技術(shù)在徑流量預(yù)測報中的應(yīng)用

可將衛(wèi)星遙感系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)與水文氣象站的相關(guān)數(shù)據(jù)作為依據(jù)，然后把重要的信息輸入到水文模型當(dāng)中，通過計(jì)算可以得到所需的數(shù)據(jù)信息。雖然RS技術(shù)無法對河川徑流進(jìn)行直接估算，但卻可以借助RS技術(shù)來估算土壤含水量、蒸發(fā)量等數(shù)據(jù)，并以這些數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，構(gòu)建模型進(jìn)行計(jì)算，由此便可獲得相應(yīng)的徑流量預(yù)測與預(yù)報結(jié)果。RS技術(shù)是早期徑流量預(yù)算的主要方法，具體是通過衛(wèi)星云圖和水文模型進(jìn)行分析，并利用雷達(dá)對降水量進(jìn)行預(yù)測。隨著研究的不斷深入，開發(fā)出了新型的計(jì)算方法，即以多種覆蓋類型增發(fā)，該方法的應(yīng)用，給徑流量的預(yù)測報提供了可靠的依據(jù)。

3.3RS技術(shù)在蒸發(fā)量監(jiān)測中的應(yīng)用

目前，RS技術(shù)在蒸發(fā)量方面的應(yīng)用已經(jīng)十分成熟，利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)進(jìn)行蒸發(fā)量計(jì)算的方法較多，如統(tǒng)計(jì)經(jīng)驗(yàn)法、能量余項(xiàng)法等等。同時還能運(yùn)用全遙感息息模型進(jìn)行計(jì)算。按照模型本身的特點(diǎn)，可將其分成多層模型，其中各層模型都有自身的優(yōu)勢，如一層模型能夠區(qū)別地表土壤與植被土，二層模型則能對地表植被與地上熱量間的余熱進(jìn)行計(jì)算。以遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)構(gòu)建起來的作物增發(fā)增騰計(jì)算模型，實(shí)現(xiàn)了對非均勻地面的蒸散計(jì)算，從而使蒸發(fā)量的計(jì)算更加方便、快捷。

4　結(jié)語

綜上所述，水文水資源的研究是一項(xiàng)較為復(fù)雜其系統(tǒng)的工作，為了確保該項(xiàng)工作的順利開展，可對現(xiàn)代信息技術(shù)中GIS技術(shù)和RS技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用，通過這兩類技術(shù)的應(yīng)用，不但能夠獲取到詳實(shí)、準(zhǔn)確、可靠的水文、水資源數(shù)據(jù)信息，而且還能提高工作效率和質(zhì)量，對于促進(jìn)我國水文水資源研究工作的持續(xù)發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

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（責(zé)任編輯：李蕊）

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