论水文与水资源工程中3S技术的应用

论水文与水资源工程中3S技术的应用

杨永甜

湟中县水务局青海西宁811600

摘要：随着科技的快速发展，3S技术在各个领域得到广泛应用。3S技术的应用也是水文与水资源工程发展的迫切要求和必然趋势。本文通过简介3S技术及其在水文与水资源工程中的应用实例，并指出存在的主要问题，展现了3S技术在水文与水资源工程中应用的广阔前景。

关键词：地理信息系统（GIS）遥感（RS）全球定位系统（GPS）水文与水资源工程

1、引言

水文与水资源工程以地球科学基本理论为基础，以水资源为主要研究对象，系统学习水资源的分布、形成、演化等方面的专业知识和技能，并将其应用于水信息的采集和处理，水资源的规划与开发、评价与管理等工作中。随着科技的快速发展，3S技术在各个领域得到广泛应用。与高新技术接轨，不仅是水文与水资源工作的迫切需求，也是整个水利行业发展的必然趋势。水的时空分布特性和3S技术的空间特性及其强大的对海量数据的处理能力，决定了3S技术会在水文与水资源诸多领域如水循环、水环境质量评价及水资源合理有效利用等方面发挥重要作用[1]。

2、简介3S技术

所谓3S技术就是地理信息系统（GIS）、遥感（RS）和全球定位系统（GPS）的总称。

地理信息系统（GIS）是以地理空间数据库为基础，在计算机软硬件的支持下对空间数据进行采集、管理、分析、存储和应用的一门计算机技术。

遥感（RS）主要是指从远距离高空及外层空间的各种平台上利用电磁波探测仪器，通过摄影或扫描"信息响应"传输和处理，研究地面物体的形状"大小"位置及其与环境的相关关系等宏观规律的现代科学技术[2]。

全球定位系统（GPS）是利用人造卫星观测物体的实时动态，测定和记录点的三维坐标以及点坐标的动态变化过程。它可以为用户提供不同精度的空间定位数据。其精度已达到厘米甚至亚毫米级。

3S的有机结合对开展水文及水资源管理工作有着重要的意义。

3、3S在水文水资源方面的具体应用

在水文水资源方面，可以使用RS和GPS收集基础数据资料，通过卫星远距离的资料传输，利用GIS进行编辑整理，并建立一个统一的数字化信息管理中心和虚拟的数据库平台，以各种水文专用模型对实测数据进行模拟、分析和预测，为水文水资源工作提供可靠的数据。

3.1防洪抗灾

对于防洪抗灾来说，初始阶段最重要的是洪水预报。要在洪水到来之前及时发出准确的预报，数据的采集至关重要。采用GPS建立流域的空间参考基准及大地控制网，获取基础地理数据，并提供洪水的静态和动态位置信息，在洪水形成初始阶段的风险评估及洪灾发生后的损失评估范围方面起到范围控制的作用。利用RS获取流域内的影像数据，并利用GIS获取数字矢量地图（DLG）、数字高程模型（DEM）和数字正射影像图（DOM）等信息。获取监测数据后，利用洪水期不同时间的高分辨率遥感影像数据、流域各测站的监测数据和GIS中的数字矢量地图数据进行叠加分析，获得流域洪水动态信息，如相对警戒水位，为调控系统决策提供依据或参考[3]。在灾情预测与对策系统中，利用DLG、DEM、DOM数据和土地利用与土地覆盖数据、社会经济数据，对可能的受灾区进行多种方案的仿真和虚拟，通过评估，力求将损失降低到最低程度。

3.2水环境污染监测

水环境污染主要包括水体富营养化、泥沙污染、石油污染和废水污染及热污染和固体飘浮物污染[4]。对水环境污染进行监测主要采用RS技术。利用所获得的卫星遥感影像，根据污染物的特征，对影像进行解译，可以实现对污染物的监测。不同的污染类型在遥感影像上呈现出不同的特点，如水中泥沙含量增加时，会提高水体的反射率，而石油污染则会降低水体的反射率。同一种污染的污染程度不同，在遥感影像上也会有具体的差异。以水体热污染为例，水体的热容量大，在热红外波段有明显的特征，水体温度越高，所发射的辐射就越强，在热红外波段影像上呈现出的颜色也就越浅，可以根据水的这种热效应，利用计算机进行密度分割就可确定水体热污染的范围。

3.3水资源规划管理

水资源规划管理是一项复杂的水事行为，包括的内容十分广泛，需要收集、处理的信息越来越多，在复杂的信息中又需要及时得到处理结果，提出合理的规划管理方案[5]。传统的方法难以满足要求，与3S技术相结合，建立水资源管理信息系统则可以有效地解决这一难题。如进行流域生态需水量的估算时，在区域生态系统内采用RS和GPS针对河道内外系统（如河流、湿地、城市河湖、森林、草地、灌木等）进行面积测算及定位，建立数字高程模型（DEM）。通过收集、整理的资料在GIS数据库信息处理平台的分析，可以得到河道内外系统的生态需水量，进而估算出流域生态需水量。

4、存在的主要问题

3S技术的综合应用是目前3S技术在水文与水资源工程应用中存在的主要问题。GIS、RS和GPS三项技术的综合应用并不是简单的技术叠加，而是三者之间的有机组合。GIS、RS和GPS三者集成利用，构成为整体的、实时的和动态的对地观测、分析和应用的运行系统，提高了GIS的应用效率[6]。但在该领域的实际应用中，针对不同的应用阶段，较为常见的是3S两两之间的集成，如GIS和RS、GPS和GIS集成等，同时集成并充分发挥3S技术的应用实例则较少。因此，很多方面并没有实现3S技术真正意义上的集成，且其中的各项技术都还不够成熟，3S技术综合应用的作用还没有得到充分发挥。

5、结语

要在水文与水资源工程中更好地应用和发展3S技术，必须在进一步加强标准化、规范化的基础上，加快完善3S技术的综合应用，充分发挥3S技术现有的和潜在的功能，并且与网络计算机等高新技术以及水文与水资源管理本身的技术紧密地结合在一起，为水利信息和现代化作出科技贡献。

参考文献

[1][6]刘国华，张云.3S技术在水文水环境与水资源管理中的应用[J].河南机电高等专科学校学报，2006，14（1）：44-46.

[2]赵宇.浅议3S技术在水利信息化中的应用[J].科技情报开发与经济，2005，15（14）：51-52.

[3]邓爱丽，庞清江，鹿新高，王伟锋.3S技术在我国洪水预报中的应用[J].水利经济，2012，28（4）：45-47.

[4]詹小国，文余源.3S技术在长江水利中的应用及展望[J].人民长江，2012，32（12）：27-29.

[5]左其亭，窦明，马军霞.水资源学教程[M].北京：中国水利水电出版社，2008，249-250.