3S技术在水文与水资源工程上的应用

刘深圳

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技术可以解决水文与水资源工程中的管理和实际应用，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：3S技术；水文；水资源工程；应用

1 前言

3S技术即地理信息系统，遥感技术以及全球导航卫星系统的统称。3S技术在上世纪90年代初被提出，至今发展已接近30年，在工业、农业、灾害监测、生态环境保护、智慧城市等众多领域得到广泛应用并产生出巨大的经济效益与社会效益。随着信息技术的不断普及和大众需求的增加，3S技术发展方兴未艾。

2 基本概念

2.1 地理信息系统

地理信息系统，其主要通过借助信息技术的力量，全面地搜集、存储、分析地理信息数据。由于地理信息系统具备自动输入数据的功能，相关人员的工作效率以及工作质量也会有 所提高。伴随着信息技术的发展，地理信息系统服务水平逐渐提高。因此，我国愈加注重运用地理信息系统。

2.2 遥感

遥感即在远距离或高空利用传感器采集地物辐射的电磁波谱信息，根据地物产生的波谱信息进行地物识别、分析与应用。卫星遥感可根据采集的电磁波段分为可见光遥感、红外遥感、多谱段遥感、紫外遥感和微波遥感；根据传感器平台，其可分为地面遥感、航空遥感和航天遥感。遥感技术被广泛应用于气象观测、灾害监测、生态资源、地图测绘及军事侦察等领域。

2.3 全球导航卫星系统

全球导航卫星系统是利用一组卫星的伪距、星历等数据对地面进行点位观测的一种技术。GNSS在政治、经济及国防等领域有着重大意义，是国家安全和社会经济的重要基础设施，也是一个国家综合国力的重要体现。中国自主研发的北斗卫星导航系统是继美国全球定位系统、俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统和欧盟伽利略卫星导航系统之后的第四个成熟的卫星导航系统。除军事应用以外，GNSS技术也在交通运输、气象、个人位置服务、应急救援等民用领域应用广泛，并产生出巨大的经济社会价值。

2.4 3S技术

集成GIS、RS和GNSS结合自身优势，弥补彼此的不足，3S的集成应用分为GPS与RS的结合、RS与GIS的集合和GPS与RS的两两结合和三者的集成应用，其中三者的集成应用成为人们追求的目标。早前的3S集成应用基本处于系统间相互调用功能的基础阶段，目前3S集成向一体化系统发展，利用GNSS快速获取地面实时位置信息，RS为应用研究提供基础数据，结合GIS进行数据实时查询与分析。“3S”集成具有重大意义，也具有相当难度，集成方式多种多样，宜从简单到复杂，从低成本到高成本，关键在于要找到它的应用市场。

3 水文、水资源等工程领域中3S技术的运用

3.1 水文勘测

运用3S技术可以收集与研究地区江、河、湖泊有关图像、图形等资料，根据样本特征及光谱特性，设立解译标志以便于实行对遥感图判读。同时，利用GPS达成野外实地的定位校核，将勘测地区的校核点的数据库进行建设及分类，并对结果进行勘测及评价。沿江地貌特征、地形及植被分布规律可以通过建立数字高程模型对体积、面积及等高线计算确定。

3.2 水文预报的具体运用

通过GSM通讯技术进行实施报警,可以快速准确地将观测点是否存在险情及类别发送到指挥中心的监控系统上,及时做出反应。采用GPS定位技术,可以准确定位水文观测点的位置,通过GIS平台,可以查看动态电子地图,进一步对水文数据进行科学预测,同时配合分布图、公路交通图、水系分布图、居民区分布图等,分析出降水量和洪峰流量,帮助完成水文调度,提供出具有实际指挥意义的参考建议。

3.3 水文模拟

当代水文模拟技术以DEM分布式水文模型为发展趋势，同时DEM分布式水文模型也是水文模型极其重要发展方向。目前，在水文模拟技术发展过程中，为能充分发展并利用GIS数据在数据空间分析、可视性及数据管理等功能，技术人员将GIS与水文模型融合在一起。DEM作为GIS重要数据构成部分，能将重要水文参数从流域中提取出，如流域界限、坡向及坡度、汇流网络等参数。通过建立水文模型，对流域内植被、土壤及空气中水分子运动实施模拟，最终达成地下水及地表演算。

4 3S技术在水文与水资源工程上的实际应用分析

4.1 3S技术运用于水文与水资源工程规划中

水文与水资源工程规划关乎着社会发展的进程，通过对特定区域水资源的有效开发和使用，能够提高水资源的实际应用效果，使重要的水资源不被浪费。开展水资源规划工作时，需要采集大量的数据信息，以便进行资源的合理分配。传统的采集技术需要耗费大量的人力、物力和时间，当应用3S技术进行数据采集后，可以在短时间内完成大范围的数据收集，提高了收集数据的效率，为水文与水资源工程的规划提供了便利。比如：当进行特定流域的水量判断时，该项技术可以对特定区域的水体流量进行精准分析，然后通过建立的模型完成对水体的变化判断。

4.2 防洪抗灾

当突发洪汛灾害时，能够利用3S技术对当地水资源水文情况和气象数据进行综合分析，从而在洪水来临前对洪水进行预测分析，提供可靠的可能损失数据和损害范围，为后续的抗洪组织工作奠定基础，从而使抗洪工作资源利用最大化，使抗洪工作更加有效。而洪水爆发后，利用3S技术能够有效监测洪水的趋势和范围，掌握最新的汛情资料和发展，通过对洪水发生后的情况变化，能够提前做好预防工作，有效对当地受灾情况进行评估，设计好逃生方案。

4.2 3S技术运用于水文与水资源的水土保护中

从目前的情况来看，我国许多地区的生态环境都受到极大地破坏，并且由于水土流失现象严重，导致水资源配置十分不合理。因此，为了够提高水资源的利用率，必须做好水文与水资源工程中的水土保护工作，将3S技术运用于水土保护中，通过不断进行水土保持工作来尽量减少水土流失，进而更加合理地配置水资源，发挥出水土资源的最大价值，具体来说，就是通过将RS和GIS相结合，对区域内水土流失的相关数据进行收集和分析。一方面，在进行水土保护工作中运用GIS对水土流失的相关数据信息进行动态地分析管理，能够削峰调流，从而减轻对河道的破坏，避免洪涝灾害的出现，可以提高梯田和水库等水利工程的工作效率，从而增加土壤的入渗量，加强对水土的保持。另外，在汛期还可以起到一定的防洪和拦蓄径流作用，而在比较干旱的季节还可以补充径流，合理利用水资源。另一方面，运用GIS能够为水土保护工作提供大量的更加科学和直观的数据资料，维护河流湖泊的生态健康。同时，水土保持工作在一定程度上还可以起到防洪作用，减少山区地带的滑坡和泥石流灾害的出现，进而保证水利工程的安全。

4.3 在地下水污染方面的应用

水环境的污染有多种，人们通常使用遥感技术对水环境进行检测，首先利用该技术获取卫星遥感图像，然后由实际污染物的特点，翻译图像中的信息，以此来监测污染物的发展情况与发展趋势。不同污染物图像会呈现出不同的图像特征，当水环境中的泥沙总量增加时，水体的整体反射率将会提升。当水受到石油污染时，石油会降低水体的整体反射率。即使水体的污染是由同一种因素导致，污染程度不一样，在遥感图像中也会存在差别。

5 结语

在以往水文与水资源工程中所使用的技术，对实际的信息数据进行收集、分析与处理的过程中都存有很多弊端，而且也跟不上现如今社会整体经济的发展脚步与科学领域的研发速度。所以通过在水文与水资源工程领域当中运用3S技术就可以使其拥有非常精准的系统技术，并将水文与水资源进行自动化的实时监测进行实现，使水文与水资源工作人员可以直接看到最终检测的结果并对其进行准确的分析，从而对水文与水资源最新的数据信息进行掌握。这样不仅对水文与水资源工程的发展起到很大程度的推动作用，还将其发展的主要方向进行明确。

参考文献

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