(新疆昌吉水文勘測(cè)局，新疆 昌吉 831100)

新疆地區(qū)占據(jù)了我國(guó)國(guó)土面積的六分之一，然而新疆地區(qū)的地表水資源只占我國(guó)總地表水的3%，屬于資源性缺水，在新疆地區(qū)水資源主要是以冰川的形式存在于地表，可以以徑流能被利用的地表水資源非常緊缺。加強(qiáng)新疆地區(qū)水量的管理，對(duì)于開(kāi)展水文水資源工作具有重要意義，能過(guò)確保相關(guān)部門(mén)對(duì)新疆地區(qū)內(nèi)各條河流的狀況有一個(gè)實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確的了解，從而能夠?qū)崿F(xiàn)水資源的科學(xué)合理利用，對(duì)緩解該地區(qū)用水緊缺情況，保證水資源的“三條紅線”工作有效的進(jìn)行等發(fā)揮著重要的作用。

遙感技術(shù)作為一種檢測(cè)技術(shù)，工作原理主要是通過(guò)主傳感器開(kāi)展信息的采集和傳輸，通過(guò)分析所接收到的電磁波信息，將其轉(zhuǎn)變成為圖像信息，從而完成傳感器對(duì)遠(yuǎn)距離景物進(jìn)行探測(cè)的任務(wù)[1]。該技術(shù)主要應(yīng)用于資源勘測(cè)和地質(zhì)測(cè)繪工作中。將遙感技術(shù)應(yīng)用到廣泛應(yīng)用于第一次資源調(diào)查、地質(zhì)測(cè)繪。將遙感技術(shù)應(yīng)用到水位水資源工作中，可以極大的對(duì)測(cè)量流程進(jìn)行簡(jiǎn)化，減少勘測(cè)所花費(fèi)的時(shí)間，提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

1 新疆地域遙感技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 水資源保護(hù)的應(yīng)用

由于新疆地區(qū)由于大量冰川的存在被稱(chēng)之為“固體水庫(kù)”，并且是我國(guó)多條河流的源頭，但是新疆地區(qū)普遍存在著該區(qū)域河流和湖泊自?xún)裟芰Σ畹那闆r，所以加強(qiáng)新疆地區(qū)的水資源保護(hù)具有重要意義，遙感技術(shù)在該方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)[2]：首先，水中懸浮物含量的高度是反映水質(zhì)量高低的重要指標(biāo)，反射率會(huì)隨著水中懸浮物的增加而升高，其反射范圍也會(huì)隨著增加。所以，通過(guò)建立反演模型能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)懸浮物的檢測(cè)；其次，對(duì)水體營(yíng)養(yǎng)化反映最重要的指標(biāo)就是藻類(lèi)高濃度富集，在可見(jiàn)光的波長(zhǎng)范圍內(nèi)，葉綠素可以產(chǎn)生綠色光譜反射峰，在一定范圍內(nèi)的能夠形成較強(qiáng)的反射率。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建遙感和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)測(cè)量之間的關(guān)系，能夠?qū)崿F(xiàn)反演，并完成對(duì)水氧化程度的評(píng)價(jià)。最后，實(shí)現(xiàn)對(duì)水污染的監(jiān)測(cè)，主要包括兩方面的內(nèi)容，一方面是常規(guī)水污染的監(jiān)測(cè)。在正常情況下，當(dāng)水資源被污染時(shí)，其本身的顏色,透明度、密度和溫度等指標(biāo)對(duì)會(huì)有出現(xiàn)不同程度的改變，從而造成水資源的反射率出現(xiàn)變化，遙感技術(shù)就會(huì)將這種變化在遙感圖像上表現(xiàn)出不同的特征差異。所以，借助遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)水資源污染程度、范圍和濃度等方面的勘測(cè)，并進(jìn)行實(shí)時(shí)的追蹤。另一方面是突發(fā)性的水污染監(jiān)測(cè)，當(dāng)前，大多數(shù)流域水資源經(jīng)常產(chǎn)生突發(fā)性水污染的情況，為了保證用水的安全性，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)性水污染后，可以借助小型飛機(jī)或衛(wèi)星等遙感設(shè)施實(shí)現(xiàn)對(duì)水體污染過(guò)程的追蹤，從而根據(jù)實(shí)際情況制定有效的處理措施。

1.2 水文水資源調(diào)查的應(yīng)用

1.2.1 降水量監(jiān)測(cè)

借助遙感技術(shù)可以得到降水相關(guān)的空間分布特點(diǎn)，該方式主要使用在雨量檢測(cè)站和雷達(dá)監(jiān)測(cè)站相對(duì)比較少的區(qū)域。當(dāng)前，對(duì)降水量可以進(jìn)行評(píng)估的主要包括雷達(dá)、氣象衛(wèi)星和航空飛機(jī)等。在微波遙感中雷達(dá)屬于關(guān)鍵的構(gòu)成部分，其工作原理就是大氣內(nèi)的降水因子會(huì)對(duì)電磁波產(chǎn)生一定的吸收和散射作用，然后再對(duì)反射回來(lái)的信號(hào)進(jìn)行處理，借助計(jì)算機(jī)就能夠?qū)涤炅窟M(jìn)行計(jì)算。但是但出現(xiàn)較厚云層時(shí)，雷達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)收集時(shí)會(huì)出現(xiàn)一定的難度，可以將雷達(dá)和衛(wèi)星檢測(cè)進(jìn)行結(jié)合，從而完成對(duì)降雨量的測(cè)定。

1.2.2 蒸發(fā)量監(jiān)測(cè)

通過(guò)使用物理的方式通過(guò)將地表能量和質(zhì)量轉(zhuǎn)化實(shí)現(xiàn)勘測(cè)的方法。隨著遙感技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)蒸發(fā)量的評(píng)估也越來(lái)越準(zhǔn)確?？梢酝ㄟ^(guò)全遙感信息模型，確定被監(jiān)測(cè)點(diǎn)的誤差，并使用野外采點(diǎn)信息，通過(guò)在地圖上的選點(diǎn)后，使用相關(guān)儀器對(duì)被監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行收集。例如通過(guò)模型特點(diǎn)將模型進(jìn)行分類(lèi)，將土壤劃分為多層，一層模型用在地表、植被以及土壤的劃分上，二層模型主要用在對(duì)地下土壤、地表植被以及地上熱量三者的余熱計(jì)算上，在此基礎(chǔ)上，將遙感技術(shù)應(yīng)用其中，對(duì)蒸發(fā)量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)地表的數(shù)據(jù)進(jìn)行探測(cè)，將二者有機(jī)結(jié)合在一起，能夠了解各地區(qū)地表環(huán)境的蒸發(fā)情況，為蒸發(fā)量的計(jì)算奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1.2.3 地下水觀測(cè)

地下水觀測(cè)一直以來(lái)在水位測(cè)量中屬于重要且繁復(fù)的緩解。受多種因素的影響，觀測(cè)準(zhǔn)確性比較低。隨著遙感技術(shù)的應(yīng)用，將這一難題有效的解決掉了，對(duì)所在區(qū)域的地表植被和地形等特點(diǎn)能夠間接的獲取地下水信息，雖然不能對(duì)地下水進(jìn)行直接的觀測(cè)，但地下水反映在地表植被信息中，能夠利用遙感影像解譯，從而獲得相應(yīng)的水文信息。如針對(duì)地表巖性，可利用現(xiàn)代遙感技術(shù)獲得遙感圖像，然后根據(jù)巖性地層翻譯結(jié)果結(jié)合巖性不同的透水性能使下墊面類(lèi)型因簡(jiǎn)化而形成一定的普遍性，最后經(jīng)組合共性特征再進(jìn)行具體分析和科學(xué)判斷。地貌、植被覆蓋、地質(zhì)構(gòu)造等地質(zhì)要素往往與水文地質(zhì)條件聯(lián)系密切，如此一來(lái)，通過(guò)提取遙感影像結(jié)構(gòu)、色調(diào)、形態(tài)等要素，便可合理判斷含水層位置以及相富水層等信息，同時(shí)結(jié)合已有勘測(cè)資料可就地下水情況做出合理評(píng)價(jià)。

1.3 評(píng)估洪澇災(zāi)害應(yīng)用

在所有自然災(zāi)害中，涉及范圍較大，危險(xiǎn)性較嚴(yán)重的災(zāi)害之一便是洪澇災(zāi)害，洪澇災(zāi)害導(dǎo)致的直接或者間接的損失十分嚴(yán)重。因此，通過(guò)使用RS技術(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)洪澇災(zāi)害，能夠精確的計(jì)算出洪水波及的范圍以及面積，并且可以幫助控制洪澇災(zāi)害提供必要的依據(jù)。伴隨RS技術(shù)越來(lái)越完善和一些新數(shù)據(jù)源的應(yīng)用，在洪澇災(zāi)害監(jiān)管方面RS技術(shù)也取得了不小的進(jìn)步。例如：某些業(yè)內(nèi)人員使用GIS和RS兩種技術(shù)，數(shù)據(jù)源為Radarsat攝影，進(jìn)行淮河的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，并在短時(shí)間內(nèi)對(duì)災(zāi)情進(jìn)行了評(píng)估。土壤本身存在的濕度以及土壤中的含水量就是土壤水分，它與地下水以及地表水緊密相連，若土壤水分出現(xiàn)大范圍流失，就會(huì)導(dǎo)致干旱。目前，許多專(zhuān)家都在重點(diǎn)研究如何使用RS技術(shù)檢測(cè)土壤水分與旱情，并且就這個(gè)問(wèn)題也提出了很多檢測(cè)方法，并且根據(jù)遙感光譜波段將其分為微波遙感以及光學(xué)遙感兩類(lèi)。如利用遙感技術(shù)對(duì)土壤流失、侵蝕動(dòng)態(tài)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，其中地形、土地、植被、降雨量、人為等與土壤侵蝕有關(guān)的元素是主要監(jiān)測(cè)對(duì)象，在此基礎(chǔ)上借助逐像比較、分類(lèi)對(duì)比以及兩者結(jié)合等方法完成動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)等，同時(shí)構(gòu)建水土流失定量計(jì)算模型研究水土流失情況，以便發(fā)現(xiàn)隱患及時(shí)預(yù)防和治理，從而盡量減少水土流失，保持水土平衡。此外，利用光學(xué)遙感、微波遙感等技術(shù)還可監(jiān)測(cè)土壤水分、預(yù)測(cè)旱情。

2 水位遙感儀小流域洪水檢測(cè)分析

2.1 水位遙感儀的介紹

該儀器主要構(gòu)成部分包括水位傳感器、無(wú)線發(fā)射器、存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)定時(shí)采集傳輸給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的傳輸系統(tǒng)等[3]。在一些供電不能直接到達(dá)的區(qū)域，可以安裝太陽(yáng)能電池等其他供電方式進(jìn)行12V直流電源的供給。見(jiàn)圖1。

圖1 水位遙感儀的工作原理

2.2 水位遙測(cè)儀的布設(shè)

依照是否與水發(fā)生接觸的不同情況，可以將水位傳感器分為接觸式浮子方式和非接觸式超神波檢測(cè)方式兩種對(duì)水文情況進(jìn)行檢測(cè)。依照不同河流的特點(diǎn)接觸式浮子方式在進(jìn)行布設(shè)時(shí)可以采用岸式和島式兩種(見(jiàn)圖2、圖3)。岸式就是借助管道將豎井和河道進(jìn)行連接，從而確保豎井內(nèi)水位和河道水位保持一致，然后通過(guò)豎井內(nèi)的浮子進(jìn)行水位的記錄，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)河道水位的檢測(cè)，這種方式操作人員在岸上就可以操作完成。島式，就是將豎井直接的建立在河道內(nèi)，然后借助豎井內(nèi)的浮子進(jìn)行河道水位的記錄，操作人員可以通過(guò)連接豎井棧橋到井臺(tái)。

圖2 岸式自記水位計(jì)

圖3 島式自記水位計(jì)

非接觸式超神波檢測(cè)方式，就二十借助雷達(dá)或者是超聲筆等探頭，不和水發(fā)生直接接觸，通過(guò)向水內(nèi)發(fā)射信號(hào)然后接受這回信號(hào)的方式進(jìn)行水位的計(jì)算，這種方式需要的工具就是能夠延伸到河道內(nèi)的橫臂支架。

圖4 非接觸式自記水位計(jì)

2.3 建立模型

無(wú)論是接觸式還是非接觸式，在儀器安裝完成后，通過(guò)遙測(cè)水位計(jì)在河道獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)字遠(yuǎn)傳，將信號(hào)向水文測(cè)站或其他部門(mén)進(jìn)行發(fā)射。在水文測(cè)站等部門(mén)接收到信號(hào)后，通過(guò)軟件處理，就可以從顯示終端( 工作計(jì)算機(jī)) 上直接得出實(shí)時(shí)水位和動(dòng)態(tài)的變化過(guò)程。其工作流程示意圖見(jiàn)圖5。

圖5 水位遙測(cè)儀的工作流程示意圖

(1)建立預(yù)警報(bào)系統(tǒng)。在建立小流域洪水警報(bào)時(shí)可以采用DEM數(shù)字的高程數(shù)據(jù)[4]，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)報(bào)計(jì)算、數(shù)據(jù)查詢(xún)、降雨場(chǎng)次計(jì)算和建立電子地圖等。此外，還可以通過(guò)對(duì)將于數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)流域的流量和未來(lái)降水情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而制定有效的預(yù)防措施。

(2)收集勘測(cè)數(shù)據(jù)。這就需要對(duì)DEM數(shù)據(jù)和該區(qū)域內(nèi)的電子地圖信息進(jìn)行收集等。固定性流域，可以根據(jù)所在地形對(duì)流域的劉桐赫分布進(jìn)行計(jì)算，參照降雨強(qiáng)度對(duì)回流時(shí)間進(jìn)行分析，并計(jì)算出概率密度。

(3)建立模型。通過(guò)遙感技術(shù)，構(gòu)建雨量、水庫(kù)和流域等相關(guān)模型。所謂的雨量模型就是對(duì)雨量站和子流域間的聯(lián)系進(jìn)行分析，計(jì)算出雨量蓄積數(shù)，明確雨水最大承受力。流域模型的建立作用就是對(duì)徑流形成和空間構(gòu)造等進(jìn)行分析。水庫(kù)模型，就是通過(guò)周?chē)饔驙顩r的分析，為建立壩址進(jìn)行演算工作，獲取準(zhǔn)確有效的相關(guān)數(shù)據(jù)。

(4)DEM處理。一些列模型在建立后，需要使用DEM進(jìn)行處理，在圖形中將堤防標(biāo)注出來(lái)，通過(guò)對(duì)凹陷點(diǎn)的填充然后提防的處理，并在DEM位置將堤防位置提升。此外，通過(guò)將平原、河道等繪制在地形圖上，對(duì)DEM相應(yīng)位置高程進(jìn)行降低處理。

(5)借助DEM對(duì)河道水?dāng)嗝嫘螤钸M(jìn)行確定，然后進(jìn)行流速的計(jì)算，主要采用的方式為拋物線或者是三角形等。通過(guò)模型，建立河段動(dòng)態(tài)模擬，對(duì)河道洪水進(jìn)行驗(yàn)算，從而實(shí)現(xiàn)流量、河段和河網(wǎng)節(jié)點(diǎn)等預(yù)報(bào)，起到有效的預(yù)防作用。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，為了顯著改善現(xiàn)在僅有的水資源，我們必須認(rèn)真面對(duì)目前我國(guó)水資源的現(xiàn)狀以及認(rèn)真處理存在的問(wèn)題。對(duì)這些問(wèn)題要嘗試采用各種有效措施，與此同時(shí)也要提供一套健全的環(huán)保水處理技術(shù)體系，并不斷創(chuàng)新研究提升水源使用率，保證居民生活以及工農(nóng)業(yè)用水都能得到很好的保障。

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