遥感技术在水文监测中的综合应用及其前景展望

司井丹

(黑龙江省水文局，哈尔滨150001)

遥感技术在水文监测中的综合应用及其前景展望

司井丹

(黑龙江省水文局，哈尔滨150001)

遥感技术具有周期短、信息量大和成本低的特点，为水文水资源的研究提供丰富的数据源。文章介绍了遥感技术在水文监测洪水预报和控制、地下水、地表水管理、水质监测等方面的应用，并展望了今后发展的方向。

遥感技术;遥感影像;水文;管理决策;前景展望

0 引言

遥感是泛指一切无接触的远距离探测，包括对电磁场、力场、机械波等的探测。遥感不同于遥测和遥控，它是应用探测仪器，不与探测目标接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。

遥感技术在水文工作中应用广泛、尤为重要。遥感技术在降水、蒸发散发、水质(地下水质)、径流、洪水过程实时动态监测、水域面积的识别及流域水文模型中的应用和卫星遥感技术水文监测系统建设等多个领域应用广泛。是提高水文信息采集、改革水文测验方式，提高应急监测能力，逐步形成驻测、巡测、调查、应急监测和卫星遥感监测相结合的多方式、多层次的水文监测体系，是持续全省水文事业长足发展，不断提高服务水平、拓宽服务领域的一项十分重大而紧迫的任务［1］。

近年来，伴随着遥感技术的快速发展，遥感技术在水文水资源调查方面得到了广泛的应用，特别是在长江流域水灾监测中，采用雷达成像，通过通讯卫星实时传输到国家防洪指挥中心，及时提供洪水的淹没范围情况，从而获得了准确灾情数据，为抗洪救灾决策和灾情评估作出了重要的贡献［2］。

1 监测和预报

借助遥感对水文现象的监测与预报取决于同一地点的图像时间序列或多时相图像的使用。并有图像得到的地形与地面水文信息之间确定一种经验关系，利用这种关系减少获取困难却价格昂贵的水文地面监测数据。这种应用对随季节变化的沼泽地区进行蒸发量估计和融雪径流十分有效。

2 洪水预报和控制

洪水是人类面临的最严重的灾害之一。由于径流，特别是就留水位不能直接由传感器来探测时，就要用到遥感数据进行变换的数学模型，由遥感数据对降水量进行初始估计，获取遥感数据，将这些遥感数据转换成水文气象相关的数据，再把降水量分布图转换成径流水位图，将这些径流水位图用于实时防洪控制中。遥感技术使得高质量的信息能够用于实时管理决策［3］。这对一些水管理特别是以洪水和灌溉或以改善和控制水质为目的的大坝放水等决策是十分重要的;对洪水管理而言，其过程具有极强的动态性，对于仅仅持续几个小时的甚至更短时间的洪水过程来说，遥感技术可以在5 min间隔期内获取数据。洪水的预报有助于人们在洪峰到来之前采取行动，这样可以阻止人员的伤亡并把洪水灾害的损失降到最低程度。

3 地下水管理

基于非地面的微波传感器具有一定的穿透能力，但是只有在满足特定条件下，即被测量对象表面纹理粗糙、地形单一和地下水水位较浅时，才有可能测得真实数据。通过遥感技术可以对地表和地质概况建立三维水文调节点和区域地下水表层的估计，通过地下水水流体系，扩展概念化地下水模型［4］。

遥感技术的应用还可以就概念化的地下水模型，考虑将所有信息加以利用，讨论模型参数达到的上限时如何使用遥感数据，即地下水补给、蒸发散失和用地下水灌溉的用水量估计。

选择遥感技术进行地下水补给的主要原因是:遥感是评估地下水的空间分布的唯一方法;地下水的水质和水量已经成为一种稀缺资源，这种资源受到近地表条件的影响，特别是土地覆盖类型和土地利用状况的影响。遥感技术不仅可以了解区域水文，最重要的是可以在缺乏地形数据的地区采用遥感成像估计地下水补给量和地下水灌溉的需水量，以及便是只有最少地下水水文数据地区的水流系统。目前地下水研究中的遥感技术的实际应用仍采用定性分析方法，立体航空相片的图像解释、多光谱图像和有源微波图像，在编辑和更新水文地图、绘制相对补给量方面都十分有用。

4 地表水监测

遥感技术在估算各种形态水域面积和需水量的方面起着非常重要的作用，并对地表水域的定期遥感测量对判断水域长期变化是很有帮助的。遥感所得数据除了核对地表水域各种特征进行直接估测之外，还可以作为模拟河水流量和湖泊水位的水文模型的输出数据。

用遥感数据近红外线和可见光可以方便简捷地表示定位和确定边界的问题。因为水对近红外线和中红外线的波长的能力吸收最多，该波段内的能量很少被反射;二植被和土壤对可见光波反射低，但对近中红外线的光谱波段反射却很高，可知根据红外灰度图或多光谱扫描图上反射红外线的光谱波段，水体显现深色而与周围对比多明显的部分就是土壤和植被。

5 水质监测

将遥感技术用于水质监测源于20世纪70年代，使用电磁光谱的可见光和红外部分测量光普差异，使用热红外测量水面的放射能量，建立光谱特性和水质参数之间的经验关系。影响水质的主要因素是悬浮泥沙、含沙量、叶绿素、化合物、溶解有机物、有、农药、营养物和热释放。悬浮泥沙、叶绿素、游街有机物和有在水面产生可见光和热的变化会改变太阳能量光谱或水面的热辐射，遥感技术可以测量这些光谱信号的变化，得出水质的变化。

遥感技术的优势在于具有能同时提供时间和空间方面的水质参数的能力，而这在实地测量中通常是得不到的。遥感使得景观监测可行、高效成为可能，还能识别具有严重水质问题的水体。这些水质参数通常可以用遥感技术量化的，从而制定出减少从流域到水体的物质转移的管理计划，以降低污染物对水质的影响。

地面和遥感测量的结合需要收集必要的数据，建立并校准经验和半经验模型，以及验证更多的物理模型。由于水系统是动态和快速变化的，所以水中的物质是持续变化的。水养的位置应该用GPS确定，保证遥感数据的正确性，通常将3或5列像素取平均值得到所需的遥感数据，以便说明水体的动态特性，由于所有的水体都会产生不同程度的方式，大多数的阴影像素来自自然堂，这都可能导致过矫正，所以在水质研究中使用模糊像素技术应加以注意。因为反射率和辐射率主要是从水面测得，所以改进计算方法对估计水面布置非常重要。

水文科学的未来发展很大程度上取决于是否能够获得模型改进和校准所需的充足数据。遥感技术能够并且应该在这个过程中发挥关键作用。如果不使用遥感技术，水文科学未来的发展即使没有完全停止不前，也会受到严重的阻碍。如果遥感技术在水文科学中得到迅速的应用和发展，那么就能成功解决以前水文学和水资源管理中的一些难题。

随着遥感技术的迅猛发展，多平台、多时相、高分辨率的遥感技术不断出现，遥感技术将在越来越广泛的应用于水文水资源领域，并发挥着重要的作用，将常规方法和遥感技术相结合必将成为未来的发展趋势。

［1］梅安新，彭望琭，秦其明，刘慧平.遥感导论［M］.北京:高等教育出版社，2001:37－41.

［2］吕国凯.遥感概论［M］.北京:高等教育出版社，1995:59－63.

［3］谢寿生.微波遥感技术与应用［M］.北京:电子工业出版社，1987:36－39.

［4］张永生，王仁礼.遥感动态监测［M］.北京:解放军出版社，1999:97－101.

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1007－7596(2014)07－0241－02

2014－03－04

司井丹(1980－)，男，黑龙江双鸭山人，工程师。