应用遥感技术解决四水问题及水利遥感发展趋势研究.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER14第 40卷第 4期0 引言我国幅员辽阔，国土面积居世界第三，目前人口居世界第二，我国水资源紧缺，人均占有量较小，且南北分布差异大，洪涝灾害频繁发生。根据中国水旱灾害防御公报统计，从 2001年至 2021 年，我国平均每年因洪涝灾害死亡人口达 1 004 人，平均每年造成的直接经济损失达1 807.59108元。遥感技术因其具有宏观、快速、经济等特点，自上世纪 80 年代以来，水利部门利用遥感技术在水利领域进行了大量的应用和研究，在国家资源调查和宏观决策、洪涝灾情监测和评估等方面均发挥了重要作用。遥感在水利领域应用范围广泛，几乎可以为所有的水利业务提供信息支持。1 遥感技术及其特点遥感技术的物理基础是电磁波技术，不同地物对不同频率的电磁波具有不同的反射、散射或辐射特性，同种地物但内部所含物质结构不同其对同频率电磁波的反应亦不同。遥感技术通过搭载在不同平台上的传感器对地面物体进行电磁波探测收集，并对探测结果进行处理、分析和应用。遥感技术具有大面积同步观测、时效性强、数据信息丰富、时空对比性好和经济性高等优点。应用遥感技术解决四水问题及水利遥感发展趋势研究李青（福建水利电力职业技术学院，福建 三明 366000）摘要：遥感技术在水利工程应用中发挥了越来越重要的作用，介绍了遥感技术及其特点，通过阐述遥感技术在解决水资源、水环境、水生态、水灾害问题中的应用，论述了遥感在水利中的应用现状，从数据方面、遥感技术方面、数字孪生流域三方面论述了水利遥感的发展趋势。关键词：遥感技术；水利工程；水利遥感；发民趋势中图分类号：TV1；TP79文献标识码：A文章编号：1006-3951(2024)04-0014-03DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2024.04.004Application of Remote Sensing Technology to Solve the Four Water Problems and Research on the Development Trend of Water Conservancy Remote SensingLI Qing(Fujian College of Water Conservancy and Electric Power,Sanming 366000,China)Abstract:Remote sensing technology has played an increasingly important role in the application of water conservancy engineering.This paper introduces remote sensing technology and its characteristics.By explaining the application of remote sensing technology in solving water resources,water environment,water ecology,and water disasters,the current application status of remote sensing in water conservancy is discussed.The development trend of remote sensing in water conservancy is discussed from three aspects:data,remote sensing technology,and digital twin watersheds.Keywords:remote sensing technology;water conservancy project;water conservancy remote sensing收稿日期：2023-11-20基金项目：遥感技术在水利领域中的应用研究项目（YJKJ2202B）作者简介：李青（1991-），男，河北衡水人，硕士，主要从事水利遥感方面的应用研究。*李青 应用遥感技术解决四水问题及水利遥感发展趋势研究15使用航空遥感平台获取的航空影像或使用航天遥感平台获取的卫星影像，所对应的地面实际覆盖面积大，范围广，可以实现大范围地对地宏观监测，为农业、林业、水利、环境、国土资源调查等领域提供重要数据。遥感卫星可以快速地获取地面影像信息，而且可以周期性得获取地面同一地点的遥感影像，通过专业软件提取该地点不同时相的影像变化信息，可实现对其进行动态变化监测的效果1。遥感技术常采用可见光、近红外和微波波段对地面进行探测，获取地面物体反射、散射或辐射的电磁波信息，可根据应用目的选择合适的电磁波段和相应传感器2。2 遥感在水利中的应用近年随着经济快速发展，人类的很多活动引发了很多水利相关问题，加上部分水利监测系统尚不完善，水资源、水生态、水环境、水灾害“四水”现状及存在问题越发突出3，遥感技术因其自身特点和优势，可以在解决“四水”问题上发挥重要作用。2.1 水资源水资源是指能够被人利用的水源，主要包括对水的开发利用、优化调度、供排水、节水、农作物灌溉等4。水资源的监测与管理主要利用遥感技术获得的遥感影像进行信息提取实现定量和定性分析。定量评估地表液态水（湖泊和水库等）和固态水（冰川等）的相关属性及其时空变化规律，包括液态水的范围、水位、水量、水温、水质等，固态冰川水的范围、高度和储量变化，积雪面积与雪水当量，冻土范围等5。可以利用获取的中高分辨率遥感影像，得到地表水体的分布情况和水域开发利用保护等信息，从而实现水域处于丰水期和枯水期的变化情况。可以通过遥感手段对降水量、蒸散发量、土壤含水量、地表水、地下水、灌溉面积等水循环过程进行监测反演，还可以进行水文地质调查和水资源评价分析。2.2 水环境水环境是构成环境的基本要素之一，是指水形成、分布、转化所处的空间环境，水环境的研究工作主要包括水质监测、水污染治理、泥沙治理、水周边环境治理等。应用遥感技术进行水环境监测主要是利用水体中悬浮物、叶绿素、泥沙等不同物质对电磁波具有不同的辐射特性，且其含量不同对电磁波的辐射特性也不同，通过对所获得影像的光谱特性进行分析，可以得到水体的水质参数信息，然后用干净水体的光谱特性信息作为参照，得出研究区内各类水质参数信息及其空间分布情况，实现水环境监测。但目前多光谱遥感因其波段较宽、光谱分辨率较差，难以获取水体的精确光谱信息，可以利用高光谱遥感技术获取各类常见水质参数更精准的光谱特性，间接反演透明度、泥沙含量、藻类生物量等水环境要素，进而对水体水质参数进行定量分析，确实主要污染物类别，溯源污染源头，调查污染分布及扩散情况，以实现水环境监测和治理。如在进行油污染监测时，可以通过遥感手段准确定位污染源、确定污染范围和溢油量，还能够动态监测溢油的扩散方向和扩散速度，预测出将会受到影响的区域，从而实施预防和治理。2.3 水生态水生态是指水对生物的影响及生物对各种水分条件的适应，研究对象主要包括水土保持及水生动植物等，水域内的鱼类、藻类分布、微生物、外来水生物种等可以通过遥感技术手段进行监测和控制。遥感技术对于大气、水、土地、植物等生态环境要素监测具有优势，可以利用其进行水生态相关应用，如流域生态状况监测调查、跨流域调水效果评价、水土流失动态监测、河湖岸线监管、水土保持监测等6。关于水土保持，可以利用遥感影像获得区域土地覆盖情况，并结合地形地貌、土壤、降雨数据等，分析区域内的水土流失情况。还可以利用遥感技术实时大范围地对水华灾害进行动态观测，分析水华空间分布及其变化规律，为防止水华提供依据。2.4 水灾害水灾害主要是针对水利中一些突发自然或人为灾害，利用现代化技术手段实现实时监测、快速预警和高效治理，解决的问题包括洪涝灾害监测、旱情监测、涉水地质灾害监测、洪水预报预警等。洪涝灾害监测一般是利用多源遥感影像，通过受灾前后水体范围的变化情况，获取洪涝淹16云南水力发电2024 年第 4 期没范围，从而实施精准救援，同时，可以将获得的淹没范围叠加在土地覆盖数据上，分析出淹没区域的土地覆盖类型和面积，评估灾害造成的损失。旱情监测一般是利用遥感技术获取地表蒸散发量、土壤含水量、作物表面温度等，对反映生物生长状况的指标进行研究分析，直接或间接对旱情进行研究。还可以利用遥感影像对一些水利工程进行变形监测，为工程预估风险，保障安全。3 发展趋势3.1 数据方面在数据质量方面，遥感影像正朝着高空间分辨率、高光谱分辨率和微波遥感等方向高质量发展。在数据数量方面，当前遥感技术已处于遥感大数据时代，遥感大数据作为水利大数据的重要组成部分，其在水利行业中应用时，由于自身数据准确性不够，需要与其他数据结合使用，比如地面监测站网产生的实测数据、人工调查统计的数据等。随着遥感数据的高质量发展和水利大数据数据量的爆发式增长，急需开展新的数据处理方法与技术研究。3.2 遥感技术方面采用定量遥感进行水环境监测是遥感在水利中的重要应用，高光谱遥感技术是利用多且窄的电磁波段获取信息，高光谱影像中的每个像元能够记录瞬时视场内几十个甚至上百个连续波段的光谱信息，可以在高光谱维度上反映水中物体的生物物体属性。高光谱遥感技术在水生态、水环境等水利应用中发挥了重要作用，而且在水灾害、水资源等方面也有一定发展潜力。但高光谱遥感面临数据短缺和影像信息提取方法不成熟的主要问题，需要聚焦高光谱遥感新数据，同时开展水利遥感与人工智能等学科的交叉融合、优势互补，不断改进高光谱遥感，使其在解决四水问题上更进一步。而且随着无人机技术的发展，因其具有成本低、操作灵活、效率高、监测精度高等优点，使其在水灾害监测与救援，水环境监测与评估、水生态监测与治理、水资源监测与巡查等方面都有着重要作用。3.3 数字孪生流域方面当前遥感技术在水利上的主要发展方向是建设数字孪生流域，遥感技术按平台可分为地面遥感、航空遥感、航天遥感和航宇遥感，可以获得多维度、多时相、多种分辨率的天空地遥感数据，在建设数字孪生流域的数字底板、数字化场景构建、数字流场、数字孪生等关键环节均可发挥重要作用7。但当下遥感技术还不能完全满足数字孪生流域建设需求，必须建立一体化平台，实现数据流程一体化，提高时效性，加强人工智能、大数据、云计算等多种新技术与遥感技术深度融合，完善其在数字孪生流域建设中的应用。4 结束语随着遥感技术的不断发展和水利应用需求的不断升级，遥感技术在水利中的应用将更加深入和广泛。而且，当前人工智能、大数据、云计算、无人机、卫星遥感、地理信息等信息技术快速发展，这些技术也一定会助力水利遥感的发展，数字孪生流域建设也一定会不断完善。参考文献：1 郑渊斌.高分辨率卫星遥感影像在城市震害预测中的应用研究 D.上海：同济大学，2008.2董杰,顾斌,董妍.遥感技术在“数字矿山”中的应用探讨J.现代矿业，2010,（8）:3.3 冯天时，庞治国，江威，等.高光谱遥感技术及其水利应用进展 J.地球信息科学学报，2015,（8）:8.4连彬，魏忠诚，赵继军.智慧水利关键技术与应用研究综述J.水利信息化，2021,（5）:17.5李欢，万玮，冀锐，等.中国卫星遥感地表水资源监测能力分析与展望J.遥感学报，2023,27（7）:1554-1573.6宋文龙，杨昆，路京选，等.水利遥感技术及应用学科研究进展与展望J.中国防汛抗旱，2022,32（1）:7.7 钱峰，周逸琛.数字孪生流域共建共享相关政策解读 J.中国水利，2022,（20）:5.