遥感技术在新疆地区水文水资源中的应用分析

(新疆昌吉水文勘测局，新疆 昌吉 831100)

新疆地区占据了我国国土面积的六分之一，然而新疆地区的地表水资源只占我国总地表水的3%，属于资源性缺水，在新疆地区水资源主要是以冰川的形式存在于地表，可以以径流能被利用的地表水资源非常紧缺。加强新疆地区水量的管理，对于开展水文水资源工作具有重要意义，能过确保相关部门对新疆地区内各条河流的状况有一个实时和准确的了解，从而能够实现水资源的科学合理利用，对缓解该地区用水紧缺情况，保证水资源的“三条红线”工作有效的进行等发挥着重要的作用。

遥感技术作为一种检测技术，工作原理主要是通过主传感器开展信息的采集和传输，通过分析所接收到的电磁波信息，将其转变成为图像信息，从而完成传感器对远距离景物进行探测的任务[1]。该技术主要应用于资源勘测和地质测绘工作中。将遥感技术应用到广泛应用于第一次资源调查、地质测绘。将遥感技术应用到水位水资源工作中，可以极大的对测量流程进行简化，减少勘测所花费的时间，提高数据的准确性。

1 新疆地域遥感技术应用现状

1.1 水资源保护的应用

由于新疆地区由于大量冰川的存在被称之为“固体水库”，并且是我国多条河流的源头，但是新疆地区普遍存在着该区域河流和湖泊自净能力差的情况，所以加强新疆地区的水资源保护具有重要意义，遥感技术在该方面的应用主要体现在以下几点[2]：首先，水中悬浮物含量的高度是反映水质量高低的重要指标，反射率会随着水中悬浮物的增加而升高，其反射范围也会随着增加。所以，通过建立反演模型能够实现对悬浮物的检测；其次，对水体营养化反映最重要的指标就是藻类高浓度富集，在可见光的波长范围内，叶绿素可以产生绿色光谱反射峰，在一定范围内的能够形成较强的反射率。在此基础上，构建遥感和实时数据测量之间的关系，能够实现反演，并完成对水氧化程度的评价。最后，实现对水污染的监测，主要包括两方面的内容，一方面是常规水污染的监测。在正常情况下，当水资源被污染时，其本身的颜色,透明度、密度和温度等指标对会有出现不同程度的改变，从而造成水资源的反射率出现变化，遥感技术就会将这种变化在遥感图像上表现出不同的特征差异。所以，借助遥感技术能够实现对水资源污染程度、范围和浓度等方面的勘测，并进行实时的追踪。另一方面是突发性的水污染监测，当前，大多数流域水资源经常产生突发性水污染的情况，为了保证用水的安全性，当出现突发性水污染后，可以借助小型飞机或卫星等遥感设施实现对水体污染过程的追踪，从而根据实际情况制定有效的处理措施。

1.2 水文水资源调查的应用

1.2.1 降水量监测

借助遥感技术可以得到降水相关的空间分布特点，该方式主要使用在雨量检测站和雷达监测站相对比较少的区域。当前，对降水量可以进行评估的主要包括雷达、气象卫星和航空飞机等。在微波遥感中雷达属于关键的构成部分，其工作原理就是大气内的降水因子会对电磁波产生一定的吸收和散射作用，然后再对反射回来的信号进行处理，借助计算机就能够对降雨量进行计算。但是但出现较厚云层时，雷达进行数据收集时会出现一定的难度，可以将雷达和卫星检测进行结合，从而完成对降雨量的测定。

1.2.2 蒸发量监测

通过使用物理的方式通过将地表能量和质量转化实现勘测的方法。随着遥感技术的不断发展，对蒸发量的评估也越来越准确。可以通过全遥感信息模型，确定被监测点的误差，并使用野外采点信息，通过在地图上的选点后，使用相关仪器对被监测点进行收集。例如通过模型特点将模型进行分类，将土壤划分为多层，一层模型用在地表、植被以及土壤的划分上，二层模型主要用在对地下土壤、地表植被以及地上热量三者的余热计算上，在此基础上，将遥感技术应用其中，对蒸发量进行监测，并对地表的数据进行探测，将二者有机结合在一起，能够了解各地区地表环境的蒸发情况，为蒸发量的计算奠定了坚实的基础。

1.2.3 地下水观测

地下水观测一直以来在水位测量中属于重要且繁复的缓解。受多种因素的影响，观测准确性比较低。随着遥感技术的应用，将这一难题有效的解决掉了，对所在区域的地表植被和地形等特点能够间接的获取地下水信息，虽然不能对地下水进行直接的观测，但地下水反映在地表植被信息中，能够利用遥感影像解译，从而获得相应的水文信息。如针对地表岩性，可利用现代遥感技术获得遥感图像，然后根据岩性地层翻译结果结合岩性不同的透水性能使下垫面类型因简化而形成一定的普遍性，最后经组合共性特征再进行具体分析和科学判断。地貌、植被覆盖、地质构造等地质要素往往与水文地质条件联系密切，如此一来，通过提取遥感影像结构、色调、形态等要素，便可合理判断含水层位置以及相富水层等信息，同时结合已有勘测资料可就地下水情况做出合理评价。

1.3 评估洪涝灾害应用

在所有自然灾害中，涉及范围较大，危险性较严重的灾害之一便是洪涝灾害，洪涝灾害导致的直接或者间接的损失十分严重。因此，通过使用RS技术进行动态检测洪涝灾害，能够精确的计算出洪水波及的范围以及面积，并且可以帮助控制洪涝灾害提供必要的依据。伴随RS技术越来越完善和一些新数据源的应用，在洪涝灾害监管方面RS技术也取得了不小的进步。例如：某些业内人员使用GIS和RS两种技术，数据源为Radarsat摄影，进行淮河的动态检测，并在短时间内对灾情进行了评估。土壤本身存在的湿度以及土壤中的含水量就是土壤水分，它与地下水以及地表水紧密相连，若土壤水分出现大范围流失，就会导致干旱。目前，许多专家都在重点研究如何使用RS技术检测土壤水分与旱情，并且就这个问题也提出了很多检测方法，并且根据遥感光谱波段将其分为微波遥感以及光学遥感两类。如利用遥感技术对土壤流失、侵蚀动态等进行监测，其中地形、土地、植被、降雨量、人为等与土壤侵蚀有关的元素是主要监测对象，在此基础上借助逐像比较、分类对比以及两者结合等方法完成动态监测等，同时构建水土流失定量计算模型研究水土流失情况，以便发现隐患及时预防和治理，从而尽量减少水土流失，保持水土平衡。此外，利用光学遥感、微波遥感等技术还可监测土壤水分、预测旱情。

2 水位遥感仪小流域洪水检测分析

2.1 水位遥感仪的介绍

该仪器主要构成部分包括水位传感器、无线发射器、存储器、数据采集器和数据定时采集传输给计算机系统的传输系统等[3]。在一些供电不能直接到达的区域，可以安装太阳能电池等其他供电方式进行12V直流电源的供给。见图1。

图1 水位遥感仪的工作原理

2.2 水位遥测仪的布设

依照是否与水发生接触的不同情况，可以将水位传感器分为接触式浮子方式和非接触式超神波检测方式两种对水文情况进行检测。依照不同河流的特点接触式浮子方式在进行布设时可以采用岸式和岛式两种(见图2、图3)。岸式就是借助管道将竖井和河道进行连接，从而确保竖井内水位和河道水位保持一致，然后通过竖井内的浮子进行水位的记录，从而实现对河道水位的检测，这种方式操作人员在岸上就可以操作完成。岛式，就是将竖井直接的建立在河道内，然后借助竖井内的浮子进行河道水位的记录，操作人员可以通过连接竖井栈桥到井台。

图2 岸式自记水位计

图3 岛式自记水位计

非接触式超神波检测方式，就二十借助雷达或者是超声笔等探头，不和水发生直接接触，通过向水内发射信号然后接受这回信号的方式进行水位的计算，这种方式需要的工具就是能够延伸到河道内的横臂支架。

图4 非接触式自记水位计

2.3 建立模型

无论是接触式还是非接触式，在仪器安装完成后，通过遥测水位计在河道获得的数据通过数字远传，将信号向水文测站或其他部门进行发射。在水文测站等部门接收到信号后，通过软件处理，就可以从显示终端( 工作计算机) 上直接得出实时水位和动态的变化过程。其工作流程示意图见图5。

图5 水位遥测仪的工作流程示意图

(1)建立预警报系统。在建立小流域洪水警报时可以采用DEM数字的高程数据[4]，从而实现预报计算、数据查询、降雨场次计算和建立电子地图等。此外，还可以通过对将于数据的统计分析，对流域的流量和未来降水情况进行预测，从而制定有效的预防措施。

(2)收集勘测数据。这就需要对DEM数据和该区域内的电子地图信息进行收集等。固定性流域，可以根据所在地形对流域的刘桐赫分布进行计算，参照降雨强度对回流时间进行分析，并计算出概率密度。

(3)建立模型。通过遥感技术，构建雨量、水库和流域等相关模型。所谓的雨量模型就是对雨量站和子流域间的联系进行分析，计算出雨量蓄积数，明确雨水最大承受力。流域模型的建立作用就是对径流形成和空间构造等进行分析。水库模型，就是通过周围流域状况的分析，为建立坝址进行演算工作，获取准确有效的相关数据。

(4)DEM处理。一些列模型在建立后，需要使用DEM进行处理，在图形中将堤防标注出来，通过对凹陷点的填充然后提防的处理，并在DEM位置将堤防位置提升。此外，通过将平原、河道等绘制在地形图上，对DEM相应位置高程进行降低处理。

(5)借助DEM对河道水断面形状进行确定，然后进行流速的计算，主要采用的方式为抛物线或者是三角形等。通过模型，建立河段动态模拟，对河道洪水进行验算，从而实现流量、河段和河网节点等预报，起到有效的预防作用。

3 结语

综上所述，为了显著改善现在仅有的水资源，我们必须认真面对目前我国水资源的现状以及认真处理存在的问题。对这些问题要尝试采用各种有效措施，与此同时也要提供一套健全的环保水处理技术体系，并不断创新研究提升水源使用率，保证居民生活以及工农业用水都能得到很好的保障。

[1]杨静.水文水资源勘测中遥感技术的应用[J].科技创新与应用.2016(22):227-227.

[2]罗栋.遥感技术在水文水资源领域中的运用[J].农业科技与信息.2016(7):126-127.

[3]徐银凤.浅谈水文水资源勘测中遥感技术的应用[J].工程技术:全文版.2016(9):00260-00260.

[4]陈甫，袁延泰.水文水资源工作中遥感技术的应用分析[J].科研.2016(8):00238-00238.

[5]刘佳宜.水文水资源工作中遥感技术的应用分析[J].工程技术:全文版.2016(8):00242-00242.