水资源调查的研究进展

水资源测量的研究进展

专业：水文学鱼水资源学号：200921324049 姓名：余果1.引言

水资源测量包括降水、阵法及入渗观测，河流流量测量，泥沙测量等，对于了解地区的河流水文情况有着重要的意义，也是水利建设、水资源规划前期工作的重点。传统的对于河流水文分布的调查方法是实地仪器测量，而对于泥沙则是取样称重的方法，河流流量方法包括人工船测，桥测，缆道测量，和涉水测量等。这些方法测量周期长、操作过程烦琐、劳动强度大，不能很好地进行实时监测水流的动态过程。本文将介绍几种水资源测量的新技术手段和方法。

2.遥感在水文调查中的应用

由于遥感技术既可观测水体本身的特征和变化，又能对其周围的自然地理条件及人文活动的影响提供全面的信息，所以为深入研究自然环境与水文现象之间的相互关系，进而揭露水在自然界的运动变化规律，创造了有利条件。利用遥感技术不仅能确定地表江河、湖沼和冰雪的分布、面积、水量和水质，而且对勘测地下水资源也是十分有效的。而水资源较自然地理环境中的其它地形物，具有低反射率和强烈吸收红外波谱的特性，因而在遥感卫星影像上，特征较为明显。

2.1遥感图像处理的方法

直方图均衡化处理：这种方法主要在局部范围的解译中经常用到。比值处理：是根据不同地物各波段灰度值分布的差异，对多波段影像进行比值处理。滤波处理：是去除每个地形物的区域性的平均高度，使得新地形物只呈现地物的高度差，应用图像中某些空间特征的信息进行处理，改善目标地物与其邻域间像元的对比度关系。滤波处理：是去除每个地形物的区域性的平均高度，使得新地形物只呈现地物的高度差，应用图像中某些空间特征的信息进行处理，改善目标地物与其邻域间像元的对比度关系。

2.2遥感图像的解译过程

获得遥感图像后，首先要进行几何校正。由于人们已习惯使用正射投影的地形图，因此对各类遥感影像的畸变都必须以地形图为基准进行几何校正。几何校正就是将图像数据投影到平面上，使其符合地图投影的过程，几何校正最重要的是控制点的选取和确定控制点的数量。在遥感图像和地形图上分别选择同名控制点，以建立图像与地图之间的投影关系，这些控制点应该选在能明显定位的地方，如河流交叉点等。其次建立整体映射函数，根据图像的几何畸变性质及地面控制点的多少来确定校正数学模型，建立起图像与地图之间的空问变换关系。

当影像图是包含两景以上的卫星图像时，必须对图像进行数字镶嵌，以获取制图范围内的完整图像。一般所采用的是数据为1的多景遥感的图像，所以利用ERDAS IMAG-INE 系统，先对每一景图像进行几何校正，使其归于统一的坐标系中，然后运用系统中镶嵌工具，对每景图像进行裁剪，去掉重叠部分，再将两景裁剪后的图像经几何匹配拼接起来。图像镶嵌时要以具有足够的几何精度，没有明显的几何错位现象为原则。图像无缝镶嵌结束后，所得图像缝隙不明显，图像图面色调均匀，水资源色调保持了一致，信息丰富；镶嵌后图像的质量大为提高，为后期解译工作创造良好的条件。

然后进行外业调查。外业踏查样点定位采用河流湖泊等地形图结合GPS定位进行，并拍摄每点的地面实况照片。外业踏查路线主要根据交通、代表性和辅助材料等因素来设置。同时建立判读标志，判读标志是遥感图像上能直接反映和判别地物信息的影像特征，包括外观形状、形状大小、颜色、纹理、图案、位置和布局。踏查完路线后，即时进行室内判读分析，对各类影像特征应依不同时间、不同环境、不同地理位置和不同数据分别建立判读标志。

最后是水域解译与提取。在初步解译中，从遥感图像中读取不同地物(河流、植被、城市等)各波段的灰度值，对同种地物同种波段的采样点作平均值统计，采用波谱间关系法分析不同地物在各个波段的相对关系，便于水资源的计算机解译。

在不同地物光谱特征曲线解译过程中，应该遵循一个原则：先易后难，即先找主要河流后支流，先找1级干流后2级支流(依此类推)的顺序进行。初步解译阶段在遥感图像中先找的怒江、独龙江等主要河流，再从图像中找到了泸水线的老窝河、贡山县的迪麻洛河等支流，初步解译阶段除了能解译河流外，还能解译水利工程中的大、中、小水库、堤防、拦河闸、渠系等分布状况。

3.ADCP河流流量测量的应用

ADCP是英文Acoustic Durrent Profiler的缩写。中文通常译为声学多普勒流速剖面仪。当装备有ADCP的测量船从河流某断面一侧航行至另一侧时，ADCG即刻测出河流流量。顾名思义，ADCP是一种利用声学多普勒原理测量水流速度剖面的仪器。与机械式电磁式流速仪不同，ADCP是一种遥测仪器。即ADCP流速测量点不在ADCP所处的位置。而且，ADCP可以测量距其一定范围内的许多点的流速。也就是说，一台ADCP可以替代许多台机械式电磁式流速式。ADCP用于河流流量测量已有十年的历史了。RDI公司的第一代，第二代，和批三代ADVCP都有专门为河流流量设计和制造的河流型ADCP。

3.1 ADCP流量测量原理

从理论上讲，ADCP流量测量原理与传统人工船测，桥测，缆道测量，和涉水测量的基本原理是一样的，都是在测流面上布设多条垂线。在每条垂处测量水深并测量多点的流速从而得到垂线平均流速。只是ADCP所测的垂线可以很多，每条垂线上的测线上测点也很多。然而，与传统方法相比，ADCP方法有如下几点下同：

（1）传统方法是表态方法。即无论是人工船测，桥测，缆道测量，还是涉水测量，仪器总是固定于所测垂线进行测量。ADCP方法是动态方法。ADCP在随测量船运动过程中进行测量。（2）传统方法的测流面通常要求垂直于河岸。ADCP方法不要求测流断面垂直于河岸。船航行的轨迹可以是斜线或曲线。

为了计算流量，ADCP在走航测量中测量如下数据：

（1）水的相对速度（相对船的速度，由“水跟踪”测出）

（2）船速（由“底跟踪”测出，或由算出）

（3）水深（由河底回波测出，类似于回声测深仪）

（4）船的航行轨迹（由船速和计时数据算出，或由GPS算出）

3.2ADCP河流流量测量简介

为了测量三维流速，ADCP一般装备有四个（或三个）声换能器。换能器总是安装成与ADCP轴线成一定倾角。每个换能器即是发射器对应于一个声束。换能器发射的声波尽可能集中于较窄轴线成一定倾角。每个换能器即是发射器又是接收器。换能器发射的声波尽可能集中于较窄的声束范围内。每一个换能器对应于一个声束。换能器发射某一固定频率的声波，然后聆听被子水体中颗粒物散射回来的声波。假定水体中颗粒物与水体流速相同。当颗粒物的移动方向是接近换能器时，换能器聆听到的回疲频率高。当颗粒物的移动方向是背离换能器时，换能器聆听到的回波频率比发射波频低。

ADCP每个换能器轴线即为一个声束座标。每个换能器测量的流速是水流是水流沿其声束座标方向的速度。任意三个换能器轴线即组成一组相独立的空间声束座标系。另外，ADCP 自身定义有直角坐标系：X―Y―Z。Z方向与ADCP轴线方向一致。ADCP首先测出沿每一声束座标的流速。然后经过座标转换为X―Y―Z座标系下的三维流速。然而X―Y―Z是局部座标系。利用罗盘和倾斜计提供的方向和倾斜数据，X―Y―Z座标下的流速可转换为地球座标系下的三维流速。