水利不仅是国民经济的基础设施,而且在基础设施中处于重要地位。数字水利涉及的技术专业非常宽泛。3S技术是地理信息系统(GIS)、遥感(RS)、全球定位系统(GPS)的简称,是数字水利的支撑技术。 3S集成不够深入
虽然GIS、RS 、GPS技术各有各的发展和需求,但是地理信息是一种信息流,遥感、地理信息系统、全球定位系统的任意一个系统都是侧重信息流的一个方面,不能满足准确、全面地描述地理信息流的要求。现代科学技术的发展必然促使它们紧密结合,成为一个整体。RS强大的信息采集、获取能力,与GPS快速精确全天候提供定位信息等能力,以及GIS强大的存储、分析、处理和输出地理空间数据的能力,在3S技术一体化的今天,将越来越多地应用于国民经济的各个领域。所以,无论从物质运动形式、地学信息的本身特征还是从3S技术的各自特性出发,3S集成是科技发展的必然结果。
3S集成是当今空间科学领域的一个研究前沿,它的发展目标是“在线的连接,实时的处理”。3S集成是一项技术难度极高的高科技。为了实现3S的集成,需要探索3S集成的有关理论,提高3S集成的技术方法和拓宽3S集成的应用范围。实际上,3S集成的发展正如GIS的发展一样,应用超前于理论。但目前应用水平的3S集成是肤浅的,仅是表面的集成。3S集成要解决数据存储、数据处理、数据传输以及数据可视化等问题。
目前在水利领域,3S的集成应用还不够深入,GIS大多被简单地用作图形显示和查询,RS大多用作提取背景信息,GPS被用作遥感图像处理的定位信息获取。因此,还谈不上3S的集成应用。这种情况有望逐渐在两两集成的技术方法和应用范围上取得突破后,才能走上真正的3S集成应用之路。
数字水利的应用
数字水利是水利公用信息平台上的空间信息获取、更新、处理和应用系统,包括数据获取和更新体系、数据库体系、网络体系等,如图所示。
数字水利的提出,对水利从传统的工程水利向可持续发展的资源水利的转变提供了理论指导和先进的技术支持,应用范围如下。
1. 运用灾情评估系统,实时评估洪涝干旱灾害涉及的耕地及居民地面积、受灾人口和受淹房屋间数,实时监控大面积水体污染和赤潮的影响范围,大面积泥石流、滑坡等山地灾害的影响范围。
2. 运用水资源水环境调查系统,应用遥感资料进行下垫面属性分类,计算其分类面积,选取经验参数及入渗系数。例如根据多年平均降水量,计算出多年平均地表径流、入渗补给量。两者之和扣去重复计算的基流量即为多年平均水量,对国内某些流域进行估算的相对误差小于7%,尤其适用于无水文资料地区。
3. 运用土地资源调查系统,实时监测水蚀、风蚀等多种类型的土壤侵蚀区的侵蚀面积、数量和强度发展的动态变化等。
此外,3S技术作为一种新的技术手段,与传统手段相结合,还在防灾减灾、水资源开发利用以及水利工程规划、建设和管理等方面发挥了重要作用。
目前,正在启动的国家防汛指挥系统工程将在数据传输方面采用通信卫星和安全的网络技术。用遥感技术监测洪涝灾害,在七大江河流域建立以GIS技术为支撑的包括社会经济、水体、水利工程、地形、土地利用、行政边界、交通、通信、生命线工程等数据层的分布式防洪基础背景数据库或数据仓库,完善水文及灾害预报这些以空间数据为基础的虚拟地球的技术,进行异地会商和远程教育。
在上述技术的基础上,可以在灾前做洪水预报及对未来各种降雨情况下的水情进行模拟;可以针对洪水预报做出多个调度预案,进行后效与损失比较,为决策提供依据;可根据决策,优化分洪区居民撤离,抢险物资及救灾物资的输运路线;可对灾情的发展做出空间与时间上的预测,可对灾后重新进行规划。总而言之,将在真正意义上做到防洪减灾,把损失减少到最小。这是数字水利在防洪方面的一个雏形。