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水文遥感技术

遥感技术在水文领域中的应用。遥感是在20世纪60年代得到迅速发展的一门综合性的技术学科,它是在远离研究的目标(如水体、岩体、森林、农作物等),收集该目标及其周围环境的信息,经过处理与分析,而达到研究该目标物属性的技术方法。

遥感技术在水文领域中的应用。遥感是在20世纪60年代得到迅速发展的一门综合性的技术学科,它是在远离研究的目标(如水体、岩体、森林、农作物等),收集该目标及其周围环境的信息,经过处理与分析,而达到研究该目标物属性的技术方法。由于遥感技术具有感测范围广,收集信息多、速度快,并能进行动态监测,它已在地质普查、农作物估产、森林调查、天气预报,水文研究、测量制图、环境保护等许多方面,得到比较广泛的应用。

现代遥感技术一般是通过安放在运载工具(如飞机、人造卫星或航天飞机)上的传感仪器(如照相机、扫描仪、雷达)收集研究目标的信息,传送到地面,经过处理,向用户提供遥感数据来实现的。不同的物体,由于自身的结构和条件的差异,这些物体与电磁辐射相互作用的方式与特征也不一样。研究它们的波谱特性,就可以识别不同的物体。电磁辐射与水体及其周围环境的相互作用,以及水体热特性所提供的波谱数据,就是水文遥感依据。太阳辐射是遥感的主要能源,由于大气层的影响,太阳辐射不能全部到达地面,而携有传感仪器的飞机或人造卫星又运行在大气层之中或大气层以外。因此,目前只是电磁波谱中的可见光、红外、微波范围内的某些波段部位,可用于遥感技术。

在可见光与近红外波段,主要用摄影方法,根据研究目标的特性,选用适当感光性能的胶片或者胶片与滤光片的组合,用照相机进行单一波段摄影,或对同一目标进行几个不同波段的多光谱摄影。所获得的遥感数据以影象形式(象片)记录下来,它们有较高的分辨能力,几何精度也较好,便于研究水体形态、分布,进行量测与制图。通过对不同时期象片的比较分析,还可以进行水体变化、水系演变等方面的研究。多波段摄影可用来分析水陆边界变化,估算水深,含沙量。彩色红外摄影对于研究水体污染,植被(分布、长势、灾害等),都有明显效果。

在中、远红外波段,由红外辐射计和红外扫描仪所获得的热图象(或数据),是研究水体的重要资料。由于水体热容量大、导热率小的特性,致使水体与周围环境(如土壤、植被、建筑物等)温度有显著差异。因此,可以用中、远红外范围内某些波段来测量水体温度、土壤水分,研究水体分布及其热状况,探测地下水和地热资源。

在微波波段,微波辐射计对于测量土壤水分、土壤盐分有一定效用。而用由仪器本身提供微波辐射源的雷达,探测暴雨所得的数据,对于洪水预报、河流管理、水土流失防治,都是很必要的。航空侧视雷达还可用来监测洪水泛滥情况。

上述各种传感仪器所收集到的信息,或以影象记录在胶片上,或以数字形式记录在磁带上,传送到地面,经过辐射校正、几何纠正等一系列处理,制成象片供目视判读,或制成数字磁带供计算机分析。在判读、分析过程中,需要根据不同的需要进行影象增强、提取等,并要充分运用专业知识。

目前用遥感技术能直接获得的水文要素的数据还是很有限的。但是它可以提供许多环境信息,如地质、地貌、土壤、植被、气象等。而这些资料对于水文分析与水资源估算都是很有用的。对同一目标在不同时期所获得的遥感资料作对比分析,可以进行某些水文过程的动态研究。陆地卫星、气象卫星周期性提供的数据,为动态研究创造了有利条件。而把遥感信息和用其它方法(地面调查的、历史的等)所得的数据,应用电子计算机进行综合分析研究,是遥感应用技术发展的一个重要方面。这种方法应用到水文学中来,就能更好地发挥作用。

在50年代,国内外应用黑白航空象片在水系结构分析、水体面积量测、流速估算、水系演变等方面的研究已有一定基础。例如运用航空象片、实地调查与历史资料,研究中国长江中游荆江河曲的演变,取得较好的效果,随着遥感技术的发展,国际上在水分循环要素的测量,泥沙运动的观测,地表水与地下水资源调查、开发与利用,水文预报及水质监测等方面,不同程度地应用遥感技术进行了若干实验性的研究。其中以用陆地卫星影象和其它航天遥感资料研究人们难以达到地区的水体分布及其面积量测,用航天或航空遥感方法监测大面积水体油污染、工业废水污染,用热红外波段寻找地下水,用航天遥感进行洪水调查与制图等方面,应用得较多,效果也比较明显。70年代后期以来,中国在应用遥感方法查明长江、黄河源头,西藏高原湖泊分布,编制西部冰川目录,寻找岩溶地区地下水,研究长江、黄河等大河下游及河口的泥沙运动,估算山西等省地表年径流和监测某些水体污染(油污染、热污染)等方面,都作了有益的尝试,并进行了自然水体波谱反射率的测量,为开展水文遥感积累了资料。

水与农业生产有密切关系,水文遥感技术对于农业生产也有着积极的作用。例如土壤水分的测定,对于大面积农业估产是很需要的。有些国家开始用遥感方法进行农业用水管理,用遥感方法测量水温、研究水质富营养化情况,对于渔业生产有一定价值。用遥感进行洪水调查与监测,能及时发布灾情,组织救灾和农事安排。此外,在进行大范围农业自然资源(包括水资源)调查中,遥感技术的应用不仅可以加快速度,还能提高调查的精度。

随着遥感技术的日趋完善和遥感应用技术的发展,水文遥感技术在感测的可靠性和精度等方面将不断得到改善,以期逐步达到实用阶段。