遥感在水利行业中的应用

遥感在水利行业中的应用我国地域辽阔，人口众多，水资源紧缺，时空分布差异大，水旱灾害频繁。随着经济的增长、人口的增加、环境的变化，水资源的问题越来越受到中央及各级政府的重视。遥感技术，在早期设计时就利用波谱信息采集的特性（最早主要用于水体和植被的调查）发展到今天已具备从紫外、可见光、红外、远红外直至雷达等各种波长构成的不同遥感波段。这些不同波段的数据信息，再经过计算机的处理和信息提取之后，就会产生大量的各种专业信息，如对水体、植被、水系、地质、灾害、地结构造、水土流失、海岸侵蚀，以及全天侯的水情、水灾监测等。1.水资源管理地表水体调查通过遥感手段，可快速获得广大地区的全面、客观、准确的河流、水库、湖泊等地表水体信息。一些人迹罕至的地方，传统的观测几乎不可能。利用遥感技术可以克服传统手段高投入、长周期、低效率的缺点。地表水体动态监测对同一地点所获取的不同时相的遥感影像对比分析，可以定性或者定量地确定地表覆盖特征和变化过程。如基于多个不同时相的遥感影像提取一个湖水面分布范围，这样就获得了这几年湖面动态变化的数据。同时结合气象站相同年间气象观测资料，湖出水口水位高程数据等水文资料，可以得到导致湖面变化的成因。水文地质调查对不同时相的遥感影像进行分析处理，帮助人们直观地了解地质体和地质构造以及其他各种与水文地质条件有关的遥感可见地面现象，并可进而分析其所反映的水文地质条件及其变化，如浅部地下咸水、淡水的分布及其变化情况，盐渍化土壤的分布与演变，土壤沙化情况及其演变、水土保持现状及其变化，以及地下水的蒸发蒸腾、地面沉降等，最终用于研究调查区水文地质条件的全过程。水资源评价利用遥感技术进行下垫面属性分类，计算其分类面积，选取经验参数及入渗系数。根据多年平均降水量，计算出多年平均地表径流深、入渗补给量。两者之和扣去重复计算的基流量即为多年平均水量，对国内某些流域进行估算的相对误差小于7％，尤其适用于无水文资料地区。此外，根据遥感资料提供的积雪分布、积雪量、雪面湿度，用融雪径流流域模型估算融雪水资源和流域出流过程的相对误差在10％左右。如水科院遥感中心运用TM/ETM+遥感数据对藏南地区积雪、植被和土地利用和水系流域分布等分析，进行水资源评估。积雪覆盖调查积雪是地球重要的淡水资源，传统监测主要靠气象台站,由于气象台站分布有限,仅靠气象记录分析来判断积雪区域有很大的局限性。随着遥感技术的发展,卫星遥感数据已逐步成为我国许多地区积雪监测不可缺少的有效工具,在我国冬季积雪监测和雪灾分析中发挥了重要的作用。遥感除了可以调查积雪的分布范围和面积，还能定量获取积雪深度、积雪湿度、积雪纯度等。湿地资源调查湿地是地球上水陆相互作用形成的独特的生态系统，是自然界最富生态多样性的景观和人类最重要的生存环境之一。实时监测湿地种类及其数量，为湿地的保护提供第一手材料显得尤为重要。遥感技术具有观测范围广，信息量大，获取信息快，更新周期短，节省人力物力和人为干扰因素少等诸多优势，已经成为湿地研究的有力手段。可以提取湿地边界、进行湿地分类、湿地动态变化监测等。青海湖：周长360公里，面积达4583平方公里2.水环境监测水环境遥感监测的任务是通过对遥感影像的分析，获得水体的分布、泥沙、有机质、化学污染等状况和水深、水温等要素的信息，从而对一个地区的水资源和水环境等做出评价，为环境、水利、交通、航运等部门提供决策支持。应用遥感技术，可以快速监测出水体污染源的类型、位置分布以及水体污染的分布范围等。水体及其污染物的光谱特性是利用遥感信息进行水环境监测和评价的依据。水体富营养化监测水体富营养化是指氮、磷等植物营养物质含量过多所引起的水质污染现象，这种现象在江河湖泊中称为水华，在海中则叫做赤潮。水体富营养化遥感监测是通过分析水体反射、吸收和散射太阳辐射能形成的光谱特征与富营养化水质参数浓度之间的关系,建立富营养化水质参数的定量遥感反演模型,并分析各水质参数之间的相关性,建立适当的富营养化评价模型。利用卫星遥感进行大范围湖泊、海洋富营养化空间分布及动态评价,具有监测范围广、速度快、成本低和便于长期动态监测的优势,还能发现一些常规方法难以揭示的污染物排放源、迁移扩散方向以及影响范围等特征。悬浮固体水中悬浮固体(ss)含量是水质指标的重要参数之一。SS不仅可以作为水体污染物的示踪剂，其含沙量的多少还直接影响水体的透明度、水色等光学性质。一般来说，对可见光遥感而言，0．58～0．68um对不同泥沙浓度出现辐射峰值，即对水中泥沙反应最敏感，是遥感监测水中悬浮物质的最佳波段。在实际监测当中，选择与悬浮物质浓度相关性好的波段，结合实测悬浮物质的数据进行分析，从而建立特定波段辐射值与悬浮固体浓度之间的关系模型，然后进行反演得出悬浮固体的浓度。油污染遥感监测油污染不仅能够发现污染源、确定污染的区域范围和估算油的含量，而且通过连续监测，能够得到溢油的扩散方向和速度，预测将会影响的区域。热污染由于人类活动向水体排放的“废热”引起环境水体的增温效应而产生的污染称之为水体热污染。水体热污染可直接影响到水生生物的多样性，导致局部生态系统的破坏，从而影响人类的生产生活。遥感监测水体热污染是一种有效的宏观监测手段，目前主要的探测方法有热红外遥感和微波遥感。影像上赤潮3.水土保持水土保持工作是由土壤侵蚀调查、水土保持规划、土壤侵蚀治理和水土保持监督等四个环节组成，土壤侵蚀调查是这四个环节的基础。土壤侵蚀监测遥感和地理信息系统方法被广泛应用到土壤侵蚀调查工作中，如开展了多次的全国土壤侵蚀遥感普查工作。水土保持治理与监督通过遥感手段可以获得植被盖度、土地利用分类、土壤墒情及蒸发量等信息，这些信息可以为水土保持治理与监督提供决策。应用方向包括水土流失监测、退耕还林/退牧还草遥感监测等。基于遥感获取土壤类型信息4.水利工程监测工程选址利用遥感手段提取工程区域的地形、地貌、岩性、土壤、植被信息，为工程的选址和规划提供第一手资料；对项目可选的位置、线路进行可行性进行分析评估进而选择最佳的位置、线路；对水利工程对环境的影响进行预评估；对牵涉到移民，土地征用等需要补偿的问题可以利用对遥感图像分类等信息提取方法调查面积。工程进度监测工程中的进程监测，实时监测工程的进展和工作进行中对周围环境的影响。工程效益评估工程后的效益评估，用遥感技术调查水利工程后产生的直接响应因子，如水利灌溉工程，监测灌溉区域农作物的长势，水坝建成后实际的蓄水能力等。利用遥感手段获取区域内农作物长势，评价水利工程布设盲区、有灌溉相比无灌溉的效益等。5.防洪抗旱洪灾监测遥感技术很早就开始用于洪涝灾害调查。1987～1989年，水利部遥感技术应用中心、中国科学院、国家测绘局和空军合作，先后在永定河、黄河、荆江地区、洞庭湖和淮河进行了防洪试验，建立了洪涝灾害监测准实时全天候系统。1998年长江发生特大洪水后，国家遥感中心利用卫星获取的信息，连续、及时、准确地把洪灾情况上报给中央和地方防汛部门，并通过对不同卫星数据的融合处理，综合利用各自的优势，清晰地反映出洪灾态势。遥感技术以其高重复频率和大范围同步的下垫面信息采集能力。能为决策部门提供了大量的洪涝地区背景信息和淹没过程的实时信息。洪灾后评估与重建遥感影像可用来提取洪水淹没面积、淹没历时，结合数字地形模型可得出淹没水深；利用遥感影像评估淹没的耕地（水田、旱地）、居民地、城镇、铁路交通、部分工业区等的损失，评估重点地区的受灾人口和房屋的损失情况；根据农田淹没天数，估算作物绝收的面积。这样大大地提高了洪涝评估的客观性、准确性和时效性。为及时组织应急救灾和灾后重建工作提供了科学依据。旱情监测通过遥感手段可以获取地表蒸发量、作物表面温度、土壤热容量、土壤水分含量、植物水分胁迫及叶片含水量等,对作物生长的土壤含水状况、作物缺水或供水状况、植被指数等指标所反映的作物生长状况的分析,间接或直接地对作物旱情进行研究。目前比较成熟的遥感旱情监测模型有：植被指数模型、热惯量模型、作物缺水指数模型、植被指数与地表温度特征空间模型、微波模型、水文模型和气象模型等。6.生态环境监测水利工程对环境影响评估利用遥感技术可以获取生态环境变化的基本数据，如土地利用变化、森林覆盖状况变化、草地覆盖状况变化、湿地资源状况变化、水质变化等。基于这些数据，结合相应模型，就可以开展新建水利设施对生态环境影响评估流域生态环境评价利用遥感技术可以获取生态环境变化的基本数据，如土地利用变化、森林覆盖状况变化、草地覆盖状况变化、湿地资源状况变化、水质变化等。基于这些数据，结合相应模型，就可以开展如沙漠绿洲生态环境变化的监测、灌区和生态环境的监测、流。