李紹平

湖南宏芳工程咨詢有限公司 湖南 湘西 416000

當(dāng)前，我國(guó)水文水資源工程事業(yè)在社會(huì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展中取得了長(zhǎng)足的發(fā)展。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的不斷提高，科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，水文水資源工程越來(lái)越受到業(yè)界的關(guān)注。當(dāng)前，為推動(dòng)水文水資源事業(yè)發(fā)展，必須把握機(jī)遇，不斷加強(qiáng)學(xué)習(xí)，不斷提升相關(guān)管理水平，運(yùn)用科學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)工程技術(shù)的突破與發(fā)展，推動(dòng)和規(guī)范3S技術(shù)，為今后的工程行業(yè)的建設(shè)打下良好的基礎(chǔ)。

1 3S技術(shù)概述

1.1 GIS技術(shù)

GIS是地理信息系統(tǒng)的縮寫，它的產(chǎn)生源于機(jī)械地圖。該技術(shù)屬于電腦軟硬件平臺(tái)，并有相應(yīng)的技術(shù)支撐。實(shí)現(xiàn)了高效的數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)和查詢，對(duì)所需的地理信息資料進(jìn)行計(jì)算、分析。GIS不僅可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的自動(dòng)錄入，而且還可以提供數(shù)據(jù)模型、開(kāi)放式結(jié)構(gòu)等快速的業(yè)務(wù)。該技術(shù)具有多種功能，既能為一般用戶提供方便、快捷的服務(wù)，又能適應(yīng)水文水資源工程的實(shí)際需要。

1.2 RS技術(shù)

RS技術(shù)是遙感技術(shù)的縮寫，而這一技術(shù)的源頭，就是航空攝影測(cè)量技術(shù)。它的工作原理是通過(guò)與使用者的遠(yuǎn)程接觸，對(duì)相關(guān)使用者的目標(biāo)進(jìn)行監(jiān)視和判斷，從而對(duì)使用者的特性進(jìn)行分析。通過(guò)對(duì)被測(cè)對(duì)象的電磁信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和記錄，將其記錄成圖像，從而為水文水資源工程提供重要的、合理的信息資料。因此，遙感技術(shù)是一種能夠進(jìn)行多波段、全天候、多平臺(tái)等多種觀測(cè)手段的對(duì)地觀測(cè)。同時(shí)，對(duì)高分辨率圖像進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別和采集是今后遙感技術(shù)發(fā)展的方向[1-3]。

1.3 GPS技術(shù)

GPS是全球定位系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，它包括三大部分：衛(wèi)星系統(tǒng)、地面控制系統(tǒng)以及用戶接收系統(tǒng)。GPS能夠?yàn)槿旌蚝腿蚍秶鷥?nèi)的 GPS服務(wù)提供實(shí)時(shí)的定位導(dǎo)航。與其他全球定位技術(shù)相比，該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)全球范圍的 GPS和全天候的位置和觀察，并且，它的定位精度和速度都比較高。隨著 GPS技術(shù)的不斷完善，在水文以及水資源方面的應(yīng)用將會(huì)有很大的幫助。

2 3S技術(shù)在水文與水資源工程中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

3S技術(shù)是一種現(xiàn)代信息技術(shù)，它是遙感技術(shù)、地理信息技術(shù)、全球定位技術(shù)三大技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)。將其合理、高效地應(yīng)用于水文水資源領(lǐng)域，將會(huì)發(fā)揮重要的作用和重要的科研價(jià)值。在水文水資源的領(lǐng)域中，3S技術(shù)的合理應(yīng)用將會(huì)帶來(lái)巨大的優(yōu)越性，并對(duì)其進(jìn)行合理的探索。（1）為水文水資源等方面的工作取得良好效果。3S技術(shù)的合理應(yīng)用，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)獲取大量的、有用的信息；而且，可以提高工作效率。（2）在水文和水資源方面，能夠提高信息資料的準(zhǔn)確性。能在水文水資源方面應(yīng)用3S技術(shù)，獲取資料等。由于它的技術(shù)限制了探測(cè)距離，不受外部環(huán)境等因素的限制，所以能夠獲得更精確的數(shù)據(jù)信息。（3）該技術(shù)具有良好的集成和可視化。利用3S技術(shù)，相關(guān)技術(shù)人員能夠獲取有關(guān)信息，對(duì)相關(guān)信息進(jìn)行合理、高效的分析與研究，并且能夠?qū)⒂嘘P(guān)數(shù)據(jù)顯示在顯示屏上，具有很好的集成性和可視性[4-5]。

3 3S技術(shù)在水文與水資源工程上的理論應(yīng)用

3.1 水文勘測(cè)

在水文和水資源方面，3S技術(shù)可以采集到河流、湖泊等地區(qū)的圖像資料，其實(shí)際的水文和水資源情況的水勢(shì)圖見(jiàn)圖1。

圖1 水文與水資源的水勢(shì)圖

由圖1可知，基于光譜和樣本區(qū)域特征的水勢(shì)圖可以滿足標(biāo)記解釋和遙感圖像的識(shí)別。此外，3 S技術(shù)還包含了GPS技術(shù)，可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況進(jìn)行定點(diǎn)、校核，特別是在野外，采用 GPS定位系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行定位，不但可以保證驗(yàn)證的精度，利用地理信息系統(tǒng)，可以在較短的時(shí)間內(nèi)，對(duì)水文水資源的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行有效、可靠的評(píng)價(jià)和分析。

3.2 水文模擬

DEM的分布模式是目前水文水資源工程對(duì)水文模擬研究的一個(gè)重要方向。從當(dāng)前的形勢(shì)上來(lái)看，水文模擬技術(shù)與地理信息系統(tǒng)、水文模型之間的聯(lián)系十分緊密，因此可以通過(guò) GIS技術(shù)對(duì)水文模擬進(jìn)行管理和環(huán)境空間分析。GIS在DEM的分布格局中起著非常關(guān)鍵的作用，它可以幫助流域內(nèi)的水文參數(shù)提取、模型化，包括流域的方向、坡度、匯流等，并對(duì)流域內(nèi)的土壤、植被進(jìn)行模擬，最終形成流域內(nèi)的地表和地下水，為后續(xù)的水文水資源工程工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3.3 水文預(yù)報(bào)

RS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，能使相關(guān)工作人員能夠在最短時(shí)間內(nèi)獲得氣象數(shù)據(jù)，并迅速地繪制出衛(wèi)星云圖，并與相應(yīng)的自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)和裝備相結(jié)合，利用地理信息系統(tǒng)平臺(tái)，對(duì)水文資料進(jìn)行動(dòng)態(tài)的電子地圖進(jìn)行瀏覽。此外，還可以利用模型庫(kù)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、回歸理論等技術(shù)和理論來(lái)科學(xué)合理地預(yù)報(bào)水文要素，如：降雨持續(xù)時(shí)間、降水量、洪峰流量等，為防洪抗災(zāi)等工作提供實(shí)時(shí)、精確、科學(xué)的理論數(shù)據(jù)支撐。

3.4 生態(tài)環(huán)境與生態(tài)用水計(jì)算

收集和選擇數(shù)據(jù)源，根據(jù)土壤覆蓋的變化規(guī)律和分布情況，對(duì)遙感影像進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，以提取專題數(shù)據(jù)信息，比如：農(nóng)作物產(chǎn)量、水深以及土地的建造情況。利用地理信息系統(tǒng)進(jìn)行生態(tài)環(huán)境調(diào)查，可以獲得大量的信息，從而達(dá)到生態(tài)環(huán)境管理、調(diào)控和評(píng)價(jià)之間的動(dòng)態(tài)均衡，為今后的科學(xué)研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[6-8]。

3.5 防洪抗災(zāi)

在防洪過(guò)程當(dāng)中，能夠?qū)?zāi)情做出有效的防備工作，運(yùn)用 RS技術(shù)，能夠?qū)α饔虻乃幕A(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確采集，GPS技術(shù)能夠在小范圍內(nèi)進(jìn)行高精度的幾何定位，而 GPS與RS相結(jié)合，更能為相關(guān)用戶提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)來(lái)源，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的管理與分析，并在突發(fā)事件中為災(zāi)民提供了最優(yōu)的疏散路徑。

4 3S技術(shù)在水文與水資源工程上的實(shí)踐應(yīng)用

4.1 在水文與水資源工程規(guī)劃中的應(yīng)用

水文水資源工程規(guī)劃關(guān)系到人類社會(huì)的發(fā)展，合理利用和使用特定地區(qū)的水資源，可以提高其利用效率，防止水資源的浪費(fèi)。在水資源的規(guī)劃設(shè)計(jì)當(dāng)中，為了實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置，必須收集海量的數(shù)據(jù)資料。采用3S技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的數(shù)據(jù)采集，從而大大提高了數(shù)據(jù)的采集速度，為水文水資源工程的編制工作提供了方便。例如：在確定某一地區(qū)的水量時(shí)，該技術(shù)可以精確地分析某一地區(qū)的水流，并利用該技術(shù)對(duì)某一地區(qū)的水流進(jìn)行預(yù)測(cè)。

4.2 水環(huán)境污染監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

通過(guò)對(duì)我國(guó)水環(huán)境污染狀況的分析，可以看出，目前我國(guó)的水資源質(zhì)量狀況越來(lái)越差，應(yīng)用3S技術(shù)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，可以達(dá)到較好的效果。受污染的水域有不同程度的污染。應(yīng)用3S技術(shù)，對(duì)受污染水域進(jìn)行了數(shù)據(jù)信息的采集，并應(yīng)用遙感技術(shù)對(duì)某一地區(qū)的水資源質(zhì)量變化進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。利用遙感圖像技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并結(jié)合采集到的數(shù)據(jù)，對(duì)某一地區(qū)進(jìn)行科學(xué)的控制與預(yù)防，防止水污染進(jìn)一步惡化。

4.3 水文與水資源的水土保護(hù)中的應(yīng)用

我國(guó)水土流失問(wèn)題關(guān)系到一個(gè)地區(qū)的實(shí)際經(jīng)濟(jì)發(fā)展，因此，對(duì)某一地區(qū)的水文、水資源的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將有助于保護(hù)這一地區(qū)的發(fā)展。在實(shí)施3S技術(shù)的同時(shí)，還必須依靠高效的數(shù)據(jù)信息采集系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的保護(hù)。3S技術(shù)還必須要有其他的數(shù)據(jù)采集與分析，在處理完這些數(shù)據(jù)之后，再進(jìn)行分析和判斷，最終得出一個(gè)有效的解決方案。水體防護(hù)工作要求采集與污染有關(guān)的海量資料，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行分析、處理，并對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為流域內(nèi)的水土保持工作提供數(shù)據(jù)支撐，并據(jù)此制訂出一套科學(xué)合理、行之有效的水土保護(hù)措施。

4.4 斷層富水分析中的應(yīng)用

斷層一般是區(qū)域內(nèi)的一個(gè)主要的輸水通道，它含有豐富的水分，所以對(duì)斷層進(jìn)行富水分析就顯得非常有意義。首先，要從當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)、地理信息等方面，對(duì)斷層的巖性等進(jìn)行分析，因?yàn)閿鄬拥膬?chǔ)水和滲水性是不一樣的，松散的構(gòu)造可以容納大量的水分，但若地質(zhì)活動(dòng)已消失并為地?cái)鄬?，則水分含量比較低。因此，利用 GIS技術(shù)，可以分析地層的結(jié)構(gòu)、斷裂等參數(shù)，從而判斷是否有富水，利用計(jì)算機(jī)軟件所產(chǎn)生的圖像，對(duì)富水性進(jìn)行判定。

4.5 在地形測(cè)量設(shè)備中3S技術(shù)的作用

地形測(cè)量?jī)x器的主要功能是測(cè)量海底的橫斷面和水下地形的相關(guān)實(shí)際狀況，從而保證水文和水資源工程的順利進(jìn)行。首先是對(duì)水文和水資源進(jìn)行分析，通過(guò)與實(shí)際資料的對(duì)比，保證了實(shí)際的水質(zhì)水文狀況，為水文和水資源工程的實(shí)施提供了相關(guān)的依據(jù)。其次，就是利用地面測(cè)量?jī)x器，將水下的地形測(cè)繪出來(lái)，然后進(jìn)行飛機(jī)的位置和深度測(cè)量，利用 RTK技術(shù)和回波測(cè)探儀進(jìn)行測(cè)量，為下一步的工作做好準(zhǔn)備，打好基礎(chǔ)。

5 強(qiáng)化3S技術(shù)在水文水資源工程應(yīng)用效果的建議

5.1 加強(qiáng)3S技術(shù)綜合使用

在提高標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的基礎(chǔ)上，要不斷地改進(jìn)和整合運(yùn)用3 S技術(shù)，充分利用現(xiàn)有3S技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，促進(jìn)3 S技術(shù)在水文水資源工程領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展。合理、有效地將3S技術(shù)與水資源管理技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合，為科學(xué)技術(shù)的合理發(fā)展和水文水資源管理的信息管理提供了方便。

5.2 做好3S技術(shù)應(yīng)用前組織策劃

科學(xué)合理的方案是提高水文水資源工程質(zhì)量的先決條件。這就需要有關(guān)部門嚴(yán)格遵守國(guó)家有關(guān)法律、法規(guī)，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐乃乃Y源和其他環(huán)境條件，確定技術(shù)路線，選取最具代表性的樣品，如實(shí)地記載事實(shí)。同時(shí)，為了保證樣本的可靠性和有效性，相關(guān)部門要提前分析潛在的負(fù)面影響，并制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案。在進(jìn)行環(huán)境工程前期，要根據(jù)設(shè)計(jì)的相關(guān)要求、現(xiàn)場(chǎng)情況、材料、設(shè)備、人員配備等因素，結(jié)合3 S技術(shù)，綜合考慮工程的安全、速度、質(zhì)量、成本等因素，最后確定3 S技術(shù)的應(yīng)用方案，并積極地進(jìn)行前期規(guī)劃，以便為后續(xù)的技術(shù)開(kāi)發(fā)提供有利的條件。

5.3 加強(qiáng)內(nèi)部協(xié)調(diào)管理

在確定了3S技術(shù)的規(guī)劃設(shè)計(jì)之后，在實(shí)施3S技術(shù)時(shí)，會(huì)有一定的偏差，需要有關(guān)方面積極地進(jìn)行內(nèi)部的協(xié)調(diào)和相關(guān)人員的管理，以保證各有關(guān)部門在原有的規(guī)劃和方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行，協(xié)同工作，主動(dòng)改進(jìn)工作中出現(xiàn)的問(wèn)題或與工作方案不符的地方，以保證3S技術(shù)的順利實(shí)施。另外，3S技術(shù)中同一種工作水平的員工，在工作交接期間，必須自覺(jué)地進(jìn)行協(xié)調(diào)，并利用臨時(shí)設(shè)備，確保工作的順利有序進(jìn)行。

5.4 研發(fā)高配軟硬件

RS、GIS等技術(shù)是對(duì)相關(guān)遙感資料進(jìn)行分析和處理的關(guān)鍵技術(shù)。由于遙感信息的采集需要大量的信息，因此需要大量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備。同時(shí)，還要求具備高配置的電腦進(jìn)行資料的分析和處理。因此，有關(guān)方面要加大資金、人員的投入，研發(fā)高配置的軟件、硬件，以增強(qiáng)技術(shù)的發(fā)展。

5.5 提高3S技術(shù)應(yīng)用人員職業(yè)素質(zhì)

3S技術(shù)中有關(guān)人員的配合是提高工程質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素，但是有些工程還不夠完善，這與工程施工中的人員素質(zhì)有很大的關(guān)系。為此，必須加強(qiáng)有關(guān)部門工作人員的技術(shù)培訓(xùn)，定期開(kāi)展水文水資源、3S技術(shù)等方面的培訓(xùn)，以增強(qiáng)有關(guān)人員的自覺(jué)性和專業(yè)素質(zhì)，并在工作中不斷學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了一支高素質(zhì)、高水平的監(jiān)測(cè)隊(duì)伍。同時(shí)，3S技術(shù)有關(guān)部門也應(yīng)加強(qiáng)對(duì)3S技術(shù)人員的管理，以提升其知識(shí)水平和職業(yè)素養(yǎng)，增強(qiáng)其工作積極性和主動(dòng)性，增強(qiáng)其責(zé)任感，保證3S技術(shù)的順利、圓滿地開(kāi)展。

6 結(jié)語(yǔ)

在過(guò)去的水文和水資源工程領(lǐng)域當(dāng)中，由于采用了大量的工程技術(shù)，在收集、分析和處理信息數(shù)據(jù)等方面存在著諸多缺陷，同時(shí)也無(wú)法跟上當(dāng)今社會(huì)的經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展步伐。因此，3S技術(shù)在水文和水資源方面的應(yīng)用，可以讓水利和水資源部門的相關(guān)工作人員獲得精確的測(cè)量結(jié)果，并且能夠及時(shí)地獲取和分析水文和水資源的最新資料。這不但極大地促進(jìn)了水文水資源工程的發(fā)展，而且也為今后的發(fā)展指明了方向。