摘要：隨著科技的快速發(fā)展，3S技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。3S技術(shù)可以解決水文與水資源工程中的管理和實(shí)際應(yīng)用，3S技術(shù)的應(yīng)用也是水文與水資源工程發(fā)展的迫切要求和必然趨勢(shì)。本文通過(guò)簡(jiǎn)介3S技術(shù)及其在水文與水資源工程中的應(yīng)用實(shí)例，并指出存在的主要問題，展現(xiàn)了3S技術(shù)在水文與水資源工程中應(yīng)用的廣闊前景。

關(guān)鍵詞：地理信息系統(tǒng)（GIS）遙感（RS）全球定位系統(tǒng)（GPS）水文與水資源工程

1、引言

水文與水資源工程以地球科學(xué)基本理論為基礎(chǔ)，以水資源為主要研究對(duì)象，系統(tǒng)學(xué)習(xí)水資源的分布、形成、演化等方面的專業(yè)知識(shí)和技能，并將其應(yīng)用于水信息的采集和處理，水資源的規(guī)劃與開發(fā)、評(píng)價(jià)與管理等工作中。隨著科技的快速發(fā)展，3S技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。與高新技術(shù)接軌，不僅是水文與水資源工作的迫切需求，也是整個(gè)水利行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。水的時(shí)空分布特性和3S技術(shù)的空間特性及其強(qiáng)大的對(duì)海量數(shù)據(jù)的處理能力，決定了3S技術(shù)會(huì)在水文與水資源諸多領(lǐng)域如水循環(huán)、水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)及水資源合理有效利用等方面發(fā)揮重要作用。

2、3S技術(shù)的基本原理

通過(guò)3S技術(shù)的應(yīng)用，可以以RS完成遙感影像圖的獲取，有著快速和實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的信息功能，保證地理信息系統(tǒng)能夠得到及時(shí)的、準(zhǔn)確的、綜合的資源與環(huán)境方面的數(shù)據(jù)，按照實(shí)際需要，對(duì)GIS數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行及時(shí)的更新。

GIS可以進(jìn)行地理數(shù)據(jù)方面的數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)計(jì)算及數(shù)據(jù)分析，幫助遙感信息完成提取與分析、應(yīng)用，提供必要手段與輔助的數(shù)據(jù)，使遙感數(shù)據(jù)自動(dòng)分類的精度得到提高。而GPS還可以通過(guò)實(shí)時(shí)的、連續(xù)的對(duì)地球任意點(diǎn)經(jīng)緯和高程的確定，對(duì)物體維和時(shí)間的精確，提供準(zhǔn)確的空間定位和數(shù)據(jù)，以識(shí)別遙感圖像完成地面控制與樣本像元類型的判斷，幫助圖像完成幾何校正與投影的變換，更好的完成分類服務(wù)。

3、3S技術(shù)在水文水資源工程上的具體應(yīng)用分析

在水文水資源方面，可以使用RS和GPS收集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料，通過(guò)衛(wèi)星遠(yuǎn)距離的資料傳輸，利用GIS進(jìn)行編輯整理，并建立一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)字化信息管理中心和虛擬的數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)，以各種水文專用模型對(duì)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬、分析和預(yù)測(cè)，為水文水資源工作提供可靠的數(shù)據(jù)。

3.1水文勘測(cè)

對(duì)研究區(qū)域的湖泊或者江河圖形與圖像等資料進(jìn)行收集，按照光譜特性與樣本特征，建立起解譯的標(biāo)志，完成遙感圖判讀。應(yīng)用GPS完成野外實(shí)地的定點(diǎn)、定位校核，對(duì)勘測(cè)區(qū)域的校核點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的分類和建設(shè)，評(píng)價(jià)勘測(cè)的結(jié)果。通過(guò)數(shù)字高程模型的建立，對(duì)等高線、面積、體積進(jìn)行計(jì)算，確定沿江的地形和地貌特征及植被的分布規(guī)律。

3.2水文模擬

DEM分布式的水文模型作為現(xiàn)代水文模擬的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，是水文模型重要的發(fā)展方向?，F(xiàn)階段，水文模擬技術(shù)的發(fā)展是把水文模型和GIS結(jié)合在一起，使GIS數(shù)據(jù)可以在數(shù)據(jù)管理和空間分析、可視性等功能得到充分的利用。DEM也是GIS重要的數(shù)據(jù)構(gòu)成，提取流域重要水文參數(shù)，例如：流域坡度和坡向、匯流網(wǎng)絡(luò)及流域界線等方面。水文模型的建立，可能使流域內(nèi)土壤、植被和大氣中水運(yùn)動(dòng)進(jìn)行模擬，完成地表與地下水演算。

3.3水文預(yù)報(bào)

以RS完成衛(wèi)星云圖和氣象信息資料的及時(shí)接收，再結(jié)合自動(dòng)監(jiān)測(cè)的相關(guān)設(shè)備與系統(tǒng)，通過(guò)GI信息平臺(tái)，完成動(dòng)態(tài)電子地圖在水文信息方面的查看，也可以通過(guò)模型庫(kù)與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及回歸分析等理論與方法，完成水文要素的科學(xué)預(yù)測(cè)，例如：降水和洪峰流量、持續(xù)的時(shí)間等，幫助完成水量的調(diào)度與防汛、抗災(zāi)，提供十分科學(xué)、準(zhǔn)確、及時(shí)的數(shù)據(jù)依據(jù)。

3.4防洪抗災(zāi)

對(duì)于防洪抗災(zāi)來(lái)說(shuō)，初始階段最重要的是洪水預(yù)報(bào)。要在洪水到來(lái)之前及時(shí)發(fā)出準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)，數(shù)據(jù)的采集至關(guān)重要。采用GPS建立流域的空間參考基準(zhǔn)及大地控制網(wǎng)，獲取基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，并提供洪水的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)位置信息，在洪水形成初始階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及洪災(zāi)發(fā)生后的損失評(píng)估范圍方面起到范圍控制的作用。利用RS獲取流域內(nèi)的影像數(shù)據(jù)，并利用GIS獲取數(shù)字矢量地圖（DLG）、數(shù)字高程模型（DEM）和數(shù)字正射影像圖（DOM）等信息。獲取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，利用洪水期不同時(shí)間的高分辨率遙感影像數(shù)據(jù)、流域各測(cè)站的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和GIS中的數(shù)字矢量地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加分析，獲得流域洪水動(dòng)態(tài)信息，如相對(duì)警戒水位，為調(diào)控系統(tǒng)決策提供依據(jù)或參考哪。在災(zāi)情預(yù)測(cè)與對(duì)策系統(tǒng)中，利用DLG、DEM、DOM數(shù)據(jù)和土地利用與土地覆蓋數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)可能的受災(zāi)區(qū)進(jìn)行多種方案的仿真和虛擬，通過(guò)評(píng)估，力求將損失降低到最低程度。

3.5水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)

水環(huán)境的自動(dòng)監(jiān)測(cè)包括數(shù)據(jù)庫(kù)和計(jì)算機(jī)的通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)，以自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備和3S技術(shù)結(jié)合在一起，保證水環(huán)境要素能夠?qū)崟r(shí)、高效而高精度的實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。既有監(jiān)測(cè)信息獲取和存儲(chǔ)，也有監(jiān)測(cè)信息的分析、管理和評(píng)價(jià)。對(duì)水渾濁程度和PH值等進(jìn)行定量監(jiān)測(cè)，再結(jié)合GPS完成污染位置的定性監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)地面沉降的監(jiān)測(cè)。以GIS與RS技術(shù)完成水域分布、水體沼澤、水體富營(yíng)養(yǎng)、泥沙污染及水土流失等變化的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

3.6斷層富水分析

斷層貯存了豐富的地下水，以集水的廓道和導(dǎo)水通道來(lái)分析斷層富水的程度，這對(duì)于富水區(qū)分析來(lái)說(shuō)，具有十分重要的意義，可以充分發(fā)揮出GIS數(shù)據(jù)分析的功能。對(duì)斷層富水程度的分析，為了為工程水資源勘查提供充分的依據(jù)，更好的為工程服務(wù)。按照水文地質(zhì)的相關(guān)理論，可以判斷出斷層富水程度和斷層巖石類型及斷層力學(xué)、規(guī)模、活動(dòng)性等有直接的關(guān)系。根據(jù)斷層力學(xué)的性質(zhì)進(jìn)行分析，張性與張扭性斷層的結(jié)構(gòu)十分疏松，而且多有空隙，具有很強(qiáng)的透水性與含水性，屬于富水?dāng)鄬印?/p>

4、存在的主要問題

3S技術(shù)的綜合應(yīng)用是目前3S技術(shù)在水文與水資源工程應(yīng)用中存在的主要問題。GIS、RS和GPS三項(xiàng)技術(shù)的綜合應(yīng)用并不是簡(jiǎn)單的技術(shù)疊加，而是三者之間的有機(jī)組合。GIS、RS和GPS三者集成利用，構(gòu)成為整體的、實(shí)時(shí)的和動(dòng)態(tài)的對(duì)地觀測(cè)、分析和應(yīng)用的運(yùn)行系統(tǒng)，提高了GIS的應(yīng)用效率。但在該領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中，針對(duì)不同的應(yīng)用階段，較為常見的是3S兩兩之間的集成，即GIS和RS、GPS和GIS集成等，同時(shí)集成并充分發(fā)揮3S技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例則較少。因此，很多方面并沒有實(shí)現(xiàn)3S技術(shù)真正意義上的集成，且其中的各項(xiàng)技術(shù)都還不夠成熟，3S技術(shù)綜合應(yīng)用的作用還沒有得到充分發(fā)揮。

5、結(jié)語(yǔ)

要在水文與水資源工程中更好地應(yīng)用和發(fā)展3S技術(shù)，必須在進(jìn)一步加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的基礎(chǔ)上，加快完善3S技術(shù)的綜合應(yīng)用，充分發(fā)揮3S技術(shù)現(xiàn)有的和潛在的功能，并且與網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)等高新技術(shù)以及水文與水資源管理本身的技術(shù)緊密地結(jié)合在一起，為水利信息和現(xiàn)代化做出科技貢獻(xiàn)。

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作者簡(jiǎn)介：袁觀杰（1997.01.13-）男，漢族，湖北省咸寧市，身份證號(hào)：422326199701135858，本科生，研究方向：地理信息科學(xué)