水利监测总体解决方案的研究

2015-02-06邸国辉李冬平陈翠婵

地理空间信息 2015年2期

关键词：水利监测

邸国辉，李冬平，陈翠婵

（1.湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北武汉 430064；2.湖北省水利水电科学研究院，湖北武汉 430070；3.广东省国土资源技术中心，广东广州 510075）

水利监测总体解决方案的研究

邸国辉1，李冬平2，陈翠婵3

（1.湖北省水利水电规划勘测设计院，湖北武汉 430064；2.湖北省水利水电科学研究院，湖北武汉 430070；3.广东省国土资源技术中心，广东广州 510075）

介绍了遥感技术、传感器和通讯网络技术，提出了水利监测的总体解决方案，对监测方法、变化检测和建库等方面进行研究。结果表明，水利监测总体解决方案是可行的，具有大范围、全天候、全天时的特点,可以为科学管理决策提供主要依据。

水利监测；遥感技术；变化检测

在人类社会的生存和发展中，需要不断地适应、利用、改造和保护水环境。水利监测信息不仅能客观、准确地反映水利相关特征和现象，还能反映水利变化情况及其相互关系，反映国家自然资源、生态环境发展现状，是制定区域发展规划的重要基础。

1 水利监测的内容和方法

1.1 干旱、洪涝监测

区域旱情监测主要是对土壤湿度、作物需水状况进行监测。考虑到时间和空间分辨率的要求，主要以NOAA/AVHRR、EOS/MODIS为数据源，采用微波波段、热红外波段。旱情监测方法主要有土壤热惯量法（ATI）、作物缺水指数法（CW-SI）和温度植被指数法（TVDI）（图1）。

图1 干旱监测图

旱情监测可对灌区的运行管理提供决策依据。效果评价是高效灌溉管理的基本组成部分，来自田间信息的定期反馈可充分提高水利用效率，但获取有关实际田间状况的客观评价是很困难的。采用遥感技术结合雨量计、水位计、流量计、土壤墒情监测仪等传感器则提供了解决问题的可能性。通过信息网络，传感器数据传输至灌区信息中心，可实现定期监测田间湿度指标，在整个灌溉季节对灌溉调度方案进行修正，并相应地动态配水。

洪水灾害是当今世界上最严重的自然灾害之一，对其进行科学有效的监测和评估是科学防灾减灾的基础（图2）。目前基于Landsat TM/ETM+、SPOT、EOS/ MODIS、NOAA/AVHRR、Radarsat/ SAR等卫星遥感资料可应用于洪水水体提取、淹没面积计算以及洪水灾情的影响评估。合成孔径雷达（SAR）具有全天时和全天候对地观测优势，其空间分辨率高，可达到10 m甚至3 m。

图2 1998年长江簰洲湾洪涝遥感监测图

利用遥感数据进行水体提取是基于水体与植被、土壤等在可见光段的光谱反射率有一定的差异，水体提取的方法主要有阈值法、谱间关系法等。

1.2 河道监测

利用遥感技术可监测河道岸线的变化。采用GNSS、回声测深仪、水声纳、多波束测深系统测绘水下地形，并获得水下三维影像，为河势分析、近岸河床的冲淤变化、险段治理提供依据。

堤防内部埋设渗压计等传感器，可实时获得堤身浸润线、堤基渗透压力等，配合外部变形监测（一般采用GNSS、全站仪、水准仪等大地测量仪器），通过专业模型分析，可为堤防安全评估提供科学依据（图3）。

1.3 水环境监测

图3 荆江河段冲淤厚度平面分布图（1996～1998年）

以环境减灾小卫星为主要数据源，对河流、水库、湖泊等地表水体进行动态监测，发现污染源、定位污染源，并监测水面浮生物、水含沙量、叶绿素的空间分布以及反演水体的化学含量。

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。一般以光谱测量与采样分析同步、地面光谱测量与遥感配合为基础，建立水质遥感模型（图4）。

图4 渤海湾叶绿素监测

1.4 水土流失监测

采用TM多光谱影像为基础数据源，采用GIS技术，利用DEM进行子流域分析，并以土地利用数据为辅助资料，确立解译标志和解译精度，通过人工交互式，采用监督分类法，结合信息融合法和逻辑推理法进行解译，得到多年的流域土地利用类型分布图，进行水土流失强度分级，制作流域的水土流失分布图。通过空间叠加分析，从中提取水土流失强度类型的面积变化数据，进而得到水土流失的动态变化数据。

1.5 地质灾害监测

利用遥感、GIS和计算机三维可视化技术，对地质灾害进行信息提取和解译，可划定滑坡、崩塌等地质灾害位置，利用GIS空间分析功能，结合高程、坡度、坡向、地层岩性、地震烈度和水系等因子对研究区地质灾害的空间分布特征进行分析，并采用层次分析法进行地质灾害易发性预测。

1.6 工程进程监测

利用高分辨率遥感影像、LiDAR扫描数据，可实时监测工程进展及其对周围环境的影响。在南水北调中线引江济汉工程中，利用工程开工前后的同一地点航空正射影像，对土方量、工程施工形象、移民村建设等进行较全面了解。

从图5、6可见，进口闸、防洪闸的主体结构已完成，移民村已建2处，大堤两侧布置了弃渣场。另外，利用航空像对获得工程开工前后的DEM，计算开挖土方量。