洪林老师课件2014

1、第七专题第七专题 水利现代化规划水利现代化规划- - 数字水利与水利现代化数字水利与水利现代化第一节 数字地球第二节 数字水利第三节 数字流域第四节 “数字流域”技术在水利现代化规划中的应用第一节第一节 数字地球数字地球一、一、 数字地球的概念数字地球的概念（一）概念提出（一）概念提出“数字地球数字地球”(”() )是美国前是美国前副总统戈尔副总统戈尔(Al Gore)(Al Gore)于于19981998年年1 1月在加利福尼月在加利福尼亚科学中心所做的亚科学中心所做的“数字地球数字地球-认识认识2121世纪我世纪我们这颗星球们这颗星球”的讲演中首次提出的。的讲演中首次提出的。2（二）（二）

2、定义：定义：戈尔给出的定义戈尔给出的定义：数字地球是一个以地理坐：数字地球是一个以地理坐标标( (经纬网经纬网) )为依据为依据, ,具有多分辨率和海量数据具有多分辨率和海量数据, ,能立体显示地球系统的技术系统。能立体显示地球系统的技术系统。他指出他指出：人类一方面拥有大量的可以发挥积：人类一方面拥有大量的可以发挥积极作用的信息极作用的信息, ,一方面又让它闲置起来慢慢地一方面又让它闲置起来慢慢地过时而变得无用过时而变得无用, ,现在解决这一矛盾的方法现在解决这一矛盾的方法, ,便是建立便是建立“数字地球数字地球”。“数字地球数字地球”可以可以让人类充分利用有关地球的所有信息让人类充分利用有

3、关地球的所有信息( (戈尔称戈尔称为为“关于我们行星的各种环境和文化现象信关于我们行星的各种环境和文化现象信息息”),),从而促进社会进步和经济发展。从而促进社会进步和经济发展。 （三）意义：（三）意义：“数字地球”名词的产生不是偶然的,是在当今科学技术发展水平支撑下、在全球经济一体化背景下、在世界政治经济格局剧烈动荡的环境下提出的,有着深刻的国家目标和全球战略意义。二、科学基础 （一）、背景 现代地理科学的发展是“数字地球”产生的科学背景。随着信息技术在社会经济各个领域的应用,不断推进着一些古老学科的发展,地理学科也不例外,建立了地理信息学科。（二）、前沿 1995年,美国国家地理信息与分析

4、中心(National Center for Geographic Informationand Analysis,简称NCGIA)和大学地理信息科学研究会(University Consortium for Geographic Information Science,简称UCGIS)就提出了数字数字世界世界(digital world)的概念,指出了地理信息科学的三个战略领域,即： （1）地理空间认知模型地理空间认知模型cognitive models of geographic space) （2）地理概念的计算机实现（地理概念的计算机实现（computational implement

5、ations of geographic concepts) （3）信息社会的地理学（）信息社会的地理学（geographics of information society)。（三）、研究现状当前，数字地球主要围绕上述三个领域的重点科学研究问题开展研究，主要包括：分布式计算、尺度转化、地分布式计算、尺度转化、地理信息的认知与互操作、空间信息的理信息的认知与互操作、空间信息的获取与集成、空间信息基础设施建设获取与集成、空间信息基础设施建设以及地理信息与社会以及地理信息与社会等方面。可以说,地理信息科学的发展为数字地球的诞生奠定了理论基础。1.研究动态研究动态 信息技术的进步是“数字地球”产生的

6、技术支撑。在过去的六十年里,特别是近三十年内,信息技术以超出寻常的速度发展着,遥感技术(RS)、遥测技术(TM)、地理信息系统(GIS)和全球定位系统(GPS)等空间信息科学技术已成为认知地球与利用资源的重要手段。宽带网络技术、分布式计算技术、数据库与数据仓库技术为数字地球海量数据的存储与传输提供了可行的技术方案。在国家空间数据基础设施（National Spatial Data Infrastructure,简称NSDI)和国家信息基础设施(National Information Infrastructure, 简称NII)框架下,在全球范围内已有数以十计的气象卫星、海洋卫星、陆地卫星等,

7、开展对地球多波段、多尺度的观测,如地球观测系统全球观测信息网络(EOSGOIN),数十个国际全球合作研究计划如国际水文计划、国际气候研究计划、国际岩石圈计划等,也都为数字地球的产生提供了重要推动力。图1 数字地球基本框架2.基本框架基本框架3.主要理论 (1)地球系统的信息理论地球系统的信息理论 研究对地球系统各类信息的表述、交叉、融合与组织等,这种信息不仅包含地球物理信息本身,还包括地球上的社会系统信息; (2)地球系统的模型化理论地球系统的模型化理论 研究地球表层非线性复杂系统的模型表述,揭示地球物理系统与地球社会系统演化机制; (3)地球表层的系统工程理论地球表层的系统工程理论 研究地球

8、表层各种系统间相互影响、相互作用关系的方法论,是正确表述地球系统从局部到整体、从个别到一般的必由之路。4.主要支撑技术主要支撑技术计算机及网络通信技术计算机及网络通信技术卫星遥感卫星遥感(RS)技术技术全球定位系统全球定位系统(GPS)地理信息系统地理信息系统(GIS)虚拟现实虚拟现实(VR)技术技术海量数据的存储处理技术海量数据的存储处理技术卫星图像智能处理卫星图像智能处理大型数据库大型数据库11其中，关键技术有：其中，关键技术有：1）全球高速网络技术）全球高速网络技术只有通过高速网络才能实现全球信息共享。现只有通过高速网络才能实现全球信息共享。现在的国际广域网在的国际广域网-Interne

9、t的带宽无法满足数字的带宽无法满足数字地球的需求地球的需求例如，多媒体实时图像传输、视频点播的广泛例如，多媒体实时图像传输、视频点播的广泛应用均要求有较高的网络带宽；美国白宫的应用均要求有较高的网络带宽；美国白宫的NGI计划计划(Next Generation Internet Initiative)的关键目标之一就是把的关键目标之一就是把Internet网络的传输速网络的传输速率比现在提高率比现在提高100和和1000倍，达到倍，达到100 Mbps和和1 Gbps。网络宽带化、业务综合化是信息化社会通讯网网络宽带化、业务综合化是信息化社会通讯网络的发展方向，也是实现数字地球构想的必不络的发

10、展方向，也是实现数字地球构想的必不可少的途径。可少的途径。122）分布式大规模存储技术）分布式大规模存储技术数字地球是由分布式大型数据库构成的，存储数字地球是由分布式大型数据库构成的，存储10.1510.15比特信息和每天新产生的大量数据，需比特信息和每天新产生的大量数据，需要具有相应的高密度高速率大规模要具有相应的高密度高速率大规模( (海量海量) )空间空间数据存储、压缩、处理技术，对信息提取和分数据存储、压缩、处理技术，对信息提取和分析技术的智能化程度也有更高要求，这些都是析技术的智能化程度也有更高要求，这些都是对现有计算机软硬件设计、技术的有力挑战对现有计算机软硬件设计、技术的有力挑战

11、。数据库建设数据库建设是构筑是构筑 数字地球数字地球 的基础，数据的的基础，数据的采集、处理、使用都要强调规范化、要有统一采集、处理、使用都要强调规范化、要有统一的数据交换标准，才能真正实现信息共享。的数据交换标准，才能真正实现信息共享。133）高分辨率卫星影像技术）高分辨率卫星影像技术数字地球的主要信息源来自对地观测，当前，数字地球的主要信息源来自对地观测，当前，全球已经具备制造和发射卫星能力的各国在高全球已经具备制造和发射卫星能力的各国在高分辨率遥感卫星的研制与发射方面竞争激烈。分辨率遥感卫星的研制与发射方面竞争激烈。现在民用卫星对地观测的最高分辨率可达到现在民用卫星对地观测的最高分辨率可

12、达到1m1m，可以满足包括，可以满足包括1 1 1 1万以上比例尺的测图、万以上比例尺的测图、农业、资源、环境、交通等多方面的应用，是农业、资源、环境、交通等多方面的应用，是构成数字地球的最基本的空间数据。构成数字地球的最基本的空间数据。高分辨率卫星影像还可以作为其它非空间数据高分辨率卫星影像还可以作为其它非空间数据的载体和框架，用于实现数字地球的空间定位。的载体和框架，用于实现数字地球的空间定位。在这方面，我国目前与美国、欧洲诸国存在着在这方面，我国目前与美国、欧洲诸国存在着较大差距。较大差距。 14IKONOS4mLandsat30mDOQ0.5m Space ImagingSpatial

13、 Resolution空间分辨率空间分辨率154）虚拟现实技术）虚拟现实技术 虚拟现实虚拟现实(Virtual Reality(Virtual Reality/ /简称简称VR)VR)是近年来是近年来出现的高新技术，它综合集成了计算机图形出现的高新技术，它综合集成了计算机图形学、人机交互技术、传感与测量技术、仿真、学、人机交互技术、传感与测量技术、仿真、人工智能、微电子等科学技术。人工智能、微电子等科学技术。虚拟现实技术被认为是数字地球概念提出的虚拟现实技术被认为是数字地球概念提出的依据和关键技术。依据和关键技术。16虚拟现实技术虚拟现实技术通过系统生成虚拟环境，用户通过系统生成虚拟环境，用户

14、通过计算机进入虚拟的三维环境，可以运用通过计算机进入虚拟的三维环境，可以运用视觉、听觉、嗅觉、触觉感官与人体的自然视觉、听觉、嗅觉、触觉感官与人体的自然技能感受逼真的虚拟环境，身临其境地与虚技能感受逼真的虚拟环境，身临其境地与虚拟世界进行交互作用，乃至操纵虚拟环境中拟世界进行交互作用，乃至操纵虚拟环境中的对象，完成用户需要的各种虚拟过程。的对象，完成用户需要的各种虚拟过程。虚拟现实技术主要应用于工程设计、数据可虚拟现实技术主要应用于工程设计、数据可视化、飞行模拟、模拟实验、多媒体远程教视化、飞行模拟、模拟实验、多媒体远程教育、远程医疗、旅游娱乐等方面。育、远程医疗、旅游娱乐等方面。175）元数

15、据）元数据 元数据元数据(Metadata)(Metadata)是是“关于数据的数据关于数据的数据”或或“关于信息的信息关于信息的信息”，被比喻为数字地球的，被比喻为数字地球的搜索引擎。通过元数据可以对数字地球中所搜索引擎。通过元数据可以对数字地球中所关心的内容进行查询和浏览。关心的内容进行查询和浏览。元数据在地理空间信息中用于描述地理数据元数据在地理空间信息中用于描述地理数据集的内容、质量、表示方式、空间参考、管集的内容、质量、表示方式、空间参考、管理公式以及数据集的其它特征，是实现地理理公式以及数据集的其它特征，是实现地理空间数据共享的核心标准之一空间数据共享的核心标准之一。 18第二节

16、数字水利 一、数字水利的提出数字地球的应用领域,既可以是区域范围,如局部地域、地区、国家和全球,也可以是专业领域范围,如农业、林业、水利、交通、环境等。在区域范围正在实践的有“数字中国”、“数字北京”、“数字海南”、“数字城市”、“数字校园”等,在专业领域范围正在实践的有“数字水利”、“数字流域”、“数字石油”、“数字交通”等。一些政府和专业机构进行的信息化工程,也可以看作是数字地球应用领域的部分实践,如政府上网工程、金盾工程、金税工程、水利信息化等。在水利行业,较有影响的有“全国防汛抗旱指挥系统”、“数字黄河工程”、“海河数字化流域建设”、北京、上海、江苏、广州等省市的水利信息化工程等。可以

17、认为,在“数字地球”的号召下,水利信息化工作将成为未来水利工程建设与管理的主要工作。 近些年与水有关的数字工程概念不断涌出,有数字流域、数字河流、数字水利、数字水文等。一般的讲,水利的数字化是数字地球应用延伸的一种,属专门领域的数字工程。但仔细分析众多的水利数字工程定义,又可以发现有许多模糊不清的界限,在水利数字化工程的实践中,可以发现许多简单借用数字地球概念的痕迹。由此，涌现了一个新兴学科由此，涌现了一个新兴学科-数字水利数字水利。http:/ “数字水利”总体框架图四、数字水利技术的应用四、数字水利技术的应用水利行业自水利行业自80年代初开始应用遥感年代初开始应用遥感(RS)技术，技术，即

18、通过对地观测获取信息。即通过对地观测获取信息。对对GIS的使用则始于的使用则始于80年代后期，在经历了认年代后期，在经历了认识了解和初步应用这两个阶段后，现已步入深识了解和初步应用这两个阶段后，现已步入深入应用的阶段，且很快就与生产实际紧密地结入应用的阶段，且很快就与生产实际紧密地结合起来。合起来。全球定位系统全球定位系统(GPS)在水利行业的应用始于在水利行业的应用始于90年代初，但发展非常迅速，在地面及水下地形年代初，但发展非常迅速，在地面及水下地形测绘中使用已很普遍。测绘中使用已很普遍。23（一）洪涝灾害控制（一）洪涝灾害控制241. 灾情评估灾情评估洪涝灾害淹没耕地及居民地面积、受灾人

19、口和受淹洪涝灾害淹没耕地及居民地面积、受灾人口和受淹房屋间数房屋间数; ;旱情旱情; ;大面积水体污染和赤潮的影响范围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大面积泥石流、滑坡等山地灾害的影响范围. .星载和机载侧视合成孔径雷达星载和机载侧视合成孔径雷达( () )实时监测特实时监测特大洪水造成的灾情大洪水造成的灾情, ,将信息迅速传送到指挥决策机构将信息迅速传送到指挥决策机构; ;对易发洪灾区和重点防洪地区建立防洪信息系统对易发洪灾区和重点防洪地区建立防洪信息系统; ;淮河、荆江、长江洪水预报、预警与调控系统淮河、荆江、长江洪水预报、预警与调控系统 252.

20、洪水预报、预警与调控洪水预报、预警与调控黄河下游防洪工程体系图黄河下游防洪工程体系图263.流域防洪调度流域防洪调度27（二）水资源水环境调查（二）水资源水环境调查应用遥感资料进行下垫面属性分类应用遥感资料进行下垫面属性分类, ,计算计算其分类面积其分类面积, ,选取经验参数及入渗系数选取经验参数及入渗系数. .根根据多年平均降水量据多年平均降水量, ,计算出多年平均地表计算出多年平均地表径流深、入渗补给量径流深、入渗补给量. .两者之和扣去重复两者之和扣去重复计算的基流量即为多年平均水量计算的基流量即为多年平均水量, ,对国内对国内某些流域进行估算的相对误差小于某些流域进行估算的相对误差小于

21、7%,7%,尤其适用于无水文资料地区尤其适用于无水文资料地区. .此外此外, ,根据遥根据遥感资料提供的积雪分布感资料提供的积雪分布( (三维三维) )、积雪量、积雪量、雪面湿度雪面湿度, ,用融雪径流流域模型估算融雪用融雪径流流域模型估算融雪水资源和流域出流过程的相对误差在水资源和流域出流过程的相对误差在10%10%左右左右. .28（三）土地资源调查（三）土地资源调查包括包括: :监测水蚀、风蚀等多种类型监测水蚀、风蚀等多种类型的土壤侵蚀区的侵蚀面积、数量和的土壤侵蚀区的侵蚀面积、数量和强度发展的动态变化强度发展的动态变化; ;盐碱地、沼盐碱地、沼泽地、风沙地、山地侵蚀地等劣质泽地、风沙地

22、、山地侵蚀地等劣质土退化地的面积调查与动态监测土退化地的面积调查与动态监测; ;土地利用现状调查、耕地面积和滩土地利用现状调查、耕地面积和滩涂面积调查涂面积调查. .29（四）工程规划与管理（四）工程规划与管理大型水库淹没区实物量估算；大型水库淹没区实物量估算；库区移民安置环境容量调查；库区移民安置环境容量调查；灌溉区实际灌溉面积和有效灌溉面灌溉区实际灌溉面积和有效灌溉面积的调查；积的调查；水库淤积测量；水库淤积测量；方案评估；方案评估；工程评价；工程评价；风险评估。风险评估。30（五）旱灾及海平面变化监（五）旱灾及海平面变化监测测旱灾的实时监测旱灾的实时监测; ;在全球气候变暖、海平面上升在

23、全球气候变暖、海平面上升以及地下水超采造成地面沉降以及地下水超采造成地面沉降等情况下等情况下, ,对可能造成的海水入对可能造成的海水入侵的范围作出预估和进行对策侵的范围作出预估和进行对策研究研究. .31（六）水资源开发利用研究（六）水资源开发利用研究利用遥感资料和利用遥感资料和GISGIS建立与大气模型耦合的大尺度水建立与大气模型耦合的大尺度水文模型文模型, ,计算出在全球未来气候变化情况下区域水资计算出在全球未来气候变化情况下区域水资源的增减源的增减; ;采用细分光谱卫星资料、主动式微波传感器与地球采用细分光谱卫星资料、主动式微波传感器与地球物理、地球化学等多种信息源相结合物理、地球化学等

24、多种信息源相结合, ,以信息系统为以信息系统为支持支持, ,分析研究地下储水结构分析研究地下储水结构. .32（七）大型水利水电工程及跨流域调水（七）大型水利水电工程及跨流域调水工程对生态环境影响的监测与综合评价工程对生态环境影响的监测与综合评价大型水利水电枢纽工程地质条件的遥感调查、技术经济评价及大型水利水电枢纽工程地质条件的遥感调查、技术经济评价及动态监测动态监测, ,流域综合规划流域综合规划; ;灌区规划灌区规划; ;水库上游水土流失调查及对水库淤积的趋势预测水库上游水土流失调查及对水库淤积的趋势预测, ,河口泥沙监测河口泥沙监测和综合治理和综合治理; ;河道演变监测河道演变监测; ;河

25、道、水库、湖泊等水体水质污染遥感动态监测河道、水库、湖泊等水体水质污染遥感动态监测; ;流域治理效益流域治理效益调查调查; ;海岸带综合治理海岸带综合治理; ;对施工过程中的坝址进行对施工过程中的坝址进行1 1 20002000的大比例尺遥感制图的大比例尺遥感制图, ,包括坝包括坝肩多光谱近景摄影肩多光谱近景摄影, ,以研究坝肩裂隙和节理的分布变化情况以研究坝肩裂隙和节理的分布变化情况. .33（八）其他方面应用（八）其他方面应用（1 1）为流域内水量调度、水土流失监测、水）为流域内水量调度、水土流失监测、水质评价等提供决策支持服务；质评价等提供决策支持服务；（2 2）为水利工程运行、水利电子

26、政务和水利）为水利工程运行、水利电子政务和水利勘测规划设计等提供信息服务；勘测规划设计等提供信息服务；（3 3）能够为人口、资源、生态环境和社会经）能够为人口、资源、生态环境和社会经济的可持续发展提供决策支持；济的可持续发展提供决策支持；（4 4）能够为人居环境、社区规划、社会生活）能够为人居环境、社区规划、社会生活等方面提供全面的信息服务，提高人们的生活等方面提供全面的信息服务，提高人们的生活质量；质量；（5 5）进行港口、海岸、洋流运动监测及控制）进行港口、海岸、洋流运动监测及控制等等。等等。34第三节数字流域一、数字流域基本概念数字流域数字流域可以定义为:数字流域是按空间位置组织和管理流

27、域中水以及与水相关的基础地理信息和经济社会发展信息,并能通过模型系统反映流域水与水之间、水与经济社会发展之间、水与生态环境之间的内在联系,为流域的科学决策与管理提供虚拟现实的整合系统。图3 数字流域及其应用框架二、数字流域应用框架三、数字流域在水资源规划应用基于数字流域的水资源规划平台,是为适应现代水资源规划的要求而提出的。水资源规划平台吸收了决策支持系统的思想,借助数字流域的技术而实现。它在以数字化流域为核心的框架下,将规划预案生成技术、规划方案决策支持技术纳入系统,在水资源规划的预案生成、情景分析和决策支持三个层次上提供支持。第四节“数字流域”技术在水利现代化规划中的应用38一、防洪减灾一

28、、防洪减灾（一）洪涝灾害损失（一）洪涝灾害损失19911991年淮河和太湖的大洪水，受灾面积年淮河和太湖的大洪水，受灾面积246000km246000km2 2，损失，损失800800亿亿元；元；19941994年珠江、湘江、赣江、辽河洪水，损失年珠江、湘江、赣江、辽河洪水，损失16361636亿亿元；元；19981998年长江、松花江、嫩江洪水，损失年长江、松花江、嫩江洪水，损失27002700亿亿元。元。39（二）对策（二）对策1.工程措施：工程措施：疏疏防防拦拦排排退退402.2.非工程措施非工程措施建立防汛指挥系统，包括雨、水、工、建立防汛指挥系统，包括雨、水、工、灾情的采集、传输、处

29、理和决策支持这灾情的采集、传输、处理和决策支持这几个子系统。几个子系统。u目前全国已有2 万多个水文站。在黄河的三门峡至花园口区间，长江荆江河段、淮河等20余处以及150多座水库已建了水文自动测报系统，遥测点有170多个，分别采用超短波、微波、卫星通信和计算机网络等手段传输信息。41u可供水利部门使用的微波通信干线已达可供水利部门使用的微波通信干线已达15000km15000km，微波站有，微波站有500500个个。u在灾情方面也充分发挥了遥感、在灾情方面也充分发挥了遥感、GISGIS、GPSGPS等高新技术进行监测与评估。利用等高新技术进行监测与评估。利用洪水预报预警系统进行洪峰流量、洪峰洪

30、水预报预警系统进行洪峰流量、洪峰水位、洪量、历时、洪水到达时间等洪水位、洪量、历时、洪水到达时间等洪水特征的预报。水特征的预报。42u在此基础上，对各种调度预案，利用基于在此基础上，对各种调度预案，利用基于GISGIS的数据库进行洪水演进和灾情评估，为的数据库进行洪水演进和灾情评估，为决策提供依据。决策提供依据。u在决策后又基于在决策后又基于GISGIS作出抢险物资及居民避作出抢险物资及居民避险迁安最佳输运路线的方案。险迁安最佳输运路线的方案。u在灾情发生后，利用遥感进行动态监测、后在灾情发生后，利用遥感进行动态监测、后续降雨及水情的预报、救灾物质输运路线的续降雨及水情的预报、救灾物质输运路线

31、的确定等等，也都是系统能发挥的作用。确定等等，也都是系统能发挥的作用。43（三）、灾害监测（三）、灾害监测1.1.雨情监测雨情监测常规监测常规监测遥感监测遥感监测u雷达监测雷达监测u卫星监测卫星监测 日本热带测雨量卫星南北纬日本热带测雨量卫星南北纬3535之间效果不错；之间效果不错； 美国与日本，美国与日本，GPMGPM计划（全球降雨监测）计划，计划（全球降雨监测）计划， 1212颗卫星，每颗卫星，每3 3个小时一次；个小时一次；中国的北斗卫星，主要覆盖亚太地区。中国的北斗卫星，主要覆盖亚太地区。442. 2. 灾情监测灾情监测（1 1）图像传输）图像传输 19911991年以后，许多专家认识

32、到了图像实时传输对把损年以后，许多专家认识到了图像实时传输对把损失减到最小的重要性，建议建立机载遥感监测灾害失减到最小的重要性，建议建立机载遥感监测灾害的实时传输系统。通过的实时传输系统。通过5 5年的努力，建成了这一系统年的努力，建成了这一系统并应用。并应用。 在在“九五九五”期间，通过科技攻关，该系统传输图像的期间，通过科技攻关，该系统传输图像的空间分辨率从空间分辨率从6m6m提高到了提高到了3m3m并实现了图像数据和并实现了图像数据和 数据的复合传输，在洪涝灾害监测中发挥了重大作数据的复合传输，在洪涝灾害监测中发挥了重大作用。用。45（2 2）监测平台）监测平台洪水的遥感监测在五级平台上

33、进行：洪水的遥感监测在五级平台上进行：气象卫气象卫星、星载星、星载SARSAR 、机载、机载SARSAR、中分辨率的、中分辨率的MODISMODIS卫星直升机卫星直升机。地面的水文、水位站。地面的水文、水位站的水情信息予以配合。的水情信息予以配合。国家卫星气象中心负责气象卫星的宏观和动国家卫星气象中心负责气象卫星的宏观和动态监测，它在北京、广州和乌鲁木齐设立了态监测，它在北京、广州和乌鲁木齐设立了三个接收站。数字图像通过通信卫星传往北三个接收站。数字图像通过通信卫星传往北京，在校正后镶嵌成覆盖全国的图像。京，在校正后镶嵌成覆盖全国的图像。汛期在天气状况允许条件下每天监测一次，汛期在天气状况允许

34、条件下每天监测一次，资料接收后资料接收后2h2h提供水灾区域监测图和灾情粗提供水灾区域监测图和灾情粗评估报告。评估报告。46（四）洪涝灾害灾情评估（四）洪涝灾害灾情评估从灾害发生时的遥感影像提取的现势水体与基础背从灾害发生时的遥感影像提取的现势水体与基础背景数据库中的本底水体叠加就可以进行洪涝灾害评景数据库中的本底水体叠加就可以进行洪涝灾害评估。主要内容是以县为单位的受淹面积、受淹耕地估。主要内容是以县为单位的受淹面积、受淹耕地和居民地面积及其空间分布，有统计表也有专题图。和居民地面积及其空间分布，有统计表也有专题图。工情调查则包括有水库、堤岸、闸、行洪区、桥梁、工情调查则包括有水库、堤岸、闸

35、、行洪区、桥梁、铁路、公路、港口、机场、油田等。铁路、公路、港口、机场、油田等。灾情评估主要基于以下数据源：洪水频发地区的地灾情评估主要基于以下数据源：洪水频发地区的地理信息系统；由汛前或汛后的图像得出的土地利用理信息系统；由汛前或汛后的图像得出的土地利用分类图、地形图（用于找图像几何校正所需的控制分类图、地形图（用于找图像几何校正所需的控制点以及提取行政境界线）和其他专题图。点以及提取行政境界线）和其他专题图。471. 1. 灾前评估灾前评估根据预报的水位、流量、洪量以及调度预案，通过已有的根据预报的水位、流量、洪量以及调度预案，通过已有的洪水风险图或水力学、水文学模拟，确定受淹范围，再洪水

36、风险图或水力学、水文学模拟，确定受淹范围，再通过包括社会经济信息的基础背景数据库或洪灾风险图通过包括社会经济信息的基础背景数据库或洪灾风险图（带有社会经济属性的洪水风险图），对可能受灾地区（带有社会经济属性的洪水风险图），对可能受灾地区耕地、房屋、人口、工农业产值、私人财产等进行快速耕地、房屋、人口、工农业产值、私人财产等进行快速评估，为调度方案决策提供依据。为决策提供的依据有评估，为调度方案决策提供依据。为决策提供的依据有以下几个方面。以下几个方面。从可能的经济损失这个角度为决策提供判据。从可能的经济损失这个角度为决策提供判据。从可能的受灾人口这个涉及社会因素的角度为决策提供从可能的受灾人口

37、这个涉及社会因素的角度为决策提供判据。判据。从迁安能力（人口数量、时间、车辆调动等）的角度为从迁安能力（人口数量、时间、车辆调动等）的角度为决策提供判据。决策提供判据。从可能受淹的重要工业基地、交通动脉、军事要地等重从可能受淹的重要工业基地、交通动脉、军事要地等重点保护对象的角度为决策提供判据。点保护对象的角度为决策提供判据。482. 2. 灾中评估灾中评估在灾害发生过程中，依靠遥感实时监测图像，或根据水位、洪量等情况在灾害发生过程中，依靠遥感实时监测图像，或根据水位、洪量等情况依据专家经验确定受淹范围。在用遥感作实时监测时，还能分出洪、依据专家经验确定受淹范围。在用遥感作实时监测时，还能分出

38、洪、涝、渍的范围。然后，通过包括社会经济信息的基础背景数据库或洪涝、渍的范围。然后，通过包括社会经济信息的基础背景数据库或洪灾风险图对已受淹地区耕地、房屋、人口、工农业、产值、私人财产灾风险图对已受淹地区耕地、房屋、人口、工农业、产值、私人财产等进行快速评估。这一评估最好是动态的，甚至还带有预测性的。后等进行快速评估。这一评估最好是动态的，甚至还带有预测性的。后者则需根据预测的雨情、水情和工情加以判断与估计。者则需根据预测的雨情、水情和工情加以判断与估计。灾中评估要为决策提供的依据有以下几个方面：灾中评估要为决策提供的依据有以下几个方面：1）确定灾情规模及发展趋势，为救灾提供依据。）确定灾情规

39、模及发展趋势，为救灾提供依据。2）为后继洪水调度提供依据。例如在运用蓄滞洪区时，可根据第一）为后继洪水调度提供依据。例如在运用蓄滞洪区时，可根据第一个蓄滞洪区已受灾的情况，确定继续用第一个，还是用第二个，或者个蓄滞洪区已受灾的情况，确定继续用第一个，还是用第二个，或者同时用第一个和第二个等几种方案中最为有利的一个。同时用第一个和第二个等几种方案中最为有利的一个。3）根据灾情对避险迁安的人口的安置在方式、时间长短等方面提供）根据灾情对避险迁安的人口的安置在方式、时间长短等方面提供依据。依据。4）为灾后重建的方式、资金、物资等提前作好准备。）为灾后重建的方式、资金、物资等提前作好准备。493. 3

40、. 灾后评估灾后评估根据目前的运行方式，灾情都是在灾后根据目前的运行方式，灾情都是在灾后通过各级政府的主管部门逐级上报的，通过各级政府的主管部门逐级上报的，这种方式由于种种原因，往往其客观性这种方式由于种种原因，往往其客观性不足。但从国情出发，较长时期内还有不足。但从国情出发，较长时期内还有必要考虑这种方式。必要考虑这种方式。灾情评估系统的任务一是要对上报灾情灾情评估系统的任务一是要对上报灾情作迅速的统计和分析；二是要对上报灾作迅速的统计和分析；二是要对上报灾情的可靠性提出评价意见，为上级决策情的可靠性提出评价意见，为上级决策部门服务。部门服务。50二、水土资源与生态环境监测和二、水土资源与生

41、态环境监测和评价评价区域水土资源与生态环境状况调查是水土资源区域水土资源与生态环境状况调查是水土资源与生态环境评价的基础工作。过去传统的调查与生态环境评价的基础工作。过去传统的调查手段是依靠水文站网、气象站网及生态环境监手段是依靠水文站网、气象站网及生态环境监测点的数据采集进行的，这种办法往往受到站测点的数据采集进行的，这种办法往往受到站网布设格局的限制：站网设置多了，则需要大网布设格局的限制：站网设置多了，则需要大量的人力物理的投人；站网布设过于稀疏，又量的人力物理的投人；站网布设过于稀疏，又影响数据的代表性和精度；另外在一些人迹罕影响数据的代表性和精度；另外在一些人迹罕至或人迹难至的地方，

42、数据的观测几乎不可能。至或人迹难至的地方，数据的观测几乎不可能。尤其是在我国西北地区，由于受到自然环境状尤其是在我国西北地区，由于受到自然环境状况的限制，传统的调查手段有相当大的难度和况的限制，传统的调查手段有相当大的难度和复杂性，必须综合采用多种技术手段。复杂性，必须综合采用多种技术手段。51遥感技术的应用，可以迅速获得广大地区全面、客遥感技术的应用，可以迅速获得广大地区全面、客观、准确的第一手资料，这是以往传统手段所无法观、准确的第一手资料，这是以往传统手段所无法比拟的。比拟的。利用遥感技术进行水资源与生态环境状况调查可以利用遥感技术进行水资源与生态环境状况调查可以克服传统手段高投人、长周

43、期、低效率的缺点，快克服传统手段高投人、长周期、低效率的缺点，快速准确地进行区域水资源与生态环境状况调查，提速准确地进行区域水资源与生态环境状况调查，提供快捷、全面、准确、宏观的生态环境本底资料，供快捷、全面、准确、宏观的生态环境本底资料，为水资源与生态环境评价提供科学的数据，对水资为水资源与生态环境评价提供科学的数据，对水资源可持续开发发利用具有重要意义。源可持续开发发利用具有重要意义。521.1.土地利用状况分析土地利用状况分析土地利用状况分析首先要对包括诸如植被类型、覆土地利用状况分析首先要对包括诸如植被类型、覆盖度及土地利用类型进行遥感调查，获取遥感影像，盖度及土地利用类型进行遥感调查

44、，获取遥感影像，根据科学和标准的分类原则分别建立遥感解译标志，根据科学和标准的分类原则分别建立遥感解译标志，通过相应的遥感解译方法，获取各类遥感解译结果，通过相应的遥感解译方法，获取各类遥感解译结果，这些结果包括植被类型遥感调查图及面积统计表、这些结果包括植被类型遥感调查图及面积统计表、植被覆盖度遥感调查图及面积统计表、土地利用类植被覆盖度遥感调查图及面积统计表、土地利用类型遥感调查图及面积统计表。型遥感调查图及面积统计表。土地利用状况分析是进行基于遥感技术的水资源与土地利用状况分析是进行基于遥感技术的水资源与生态环境评价的本底状况调查，也是进行评价工作生态环境评价的本底状况调查，也是进行评价

45、工作的基础性成果。的基础性成果。532. 2. 生态环境变迁分析生态环境变迁分析生态环境变迁分析是在土地利用状况分析的基础上生态环境变迁分析是在土地利用状况分析的基础上进一步开展工作，其基础是利用土地利用状况的动进一步开展工作，其基础是利用土地利用状况的动态监测成果，通过态监测成果，通过GISGIS分析模块对各个代表性时段所分析模块对各个代表性时段所得到土地利用状况遥感影像及其解译结果采用空间得到土地利用状况遥感影像及其解译结果采用空间叠加等手段进行定性和定量的对比分析，从中寻找叠加等手段进行定性和定量的对比分析，从中寻找生态环境变迁的规律。生态环境变迁的规律。543.3.生态耗水（需水）分析

46、生态耗水（需水）分析技术生态耗水（需水）分析也是利用遥感得到的土技术生态耗水（需水）分析也是利用遥感得到的土地利用状况成果，然后利用地利用状况成果，然后利用GISGIS技术进行生态分区，技术进行生态分区，在空间上反映出生态耗水（需水）的分异规律，并在空间上反映出生态耗水（需水）的分异规律，并建立生态分区与水资源分区的空间对应关系，采用建立生态分区与水资源分区的空间对应关系，采用叠加分析方法确定流域各级生态分区的面积，最后叠加分析方法确定流域各级生态分区的面积，最后根据流域降水平衡和水资源平衡分析方法计算生态根据流域降水平衡和水资源平衡分析方法计算生态耗水（需水）。耗水（需水）。55（1 1）根

47、据遥感资料推求作物需水量）根据遥感资料推求作物需水量地表物地表物理特征理特征遥感辐射遥感辐射腾发量腾发量遥感模型遥感模型腾发速率腾发速率作物需水量作物需水量 反射率地表温度植被指数叶面积指数56（2 2）水土资源与生态环境评价）水土资源与生态环境评价自然生态状况分析自然生态状况分析采用采用GIS技术并结合遥感图像，能够比较准确地描绘区域沙漠化技术并结合遥感图像，能够比较准确地描绘区域沙漠化面积、森林砍伐面积、植被面积、水面面积、河流状况以及土面积、森林砍伐面积、植被面积、水面面积、河流状况以及土地利用分类等自然生态状况。地利用分类等自然生态状况。流域水质污染状况分析与评价流域水质污染状况分析与

48、评价根据某条河流上监测端面的监测数据，评价整条河流的水质状况根据某条河流上监测端面的监测数据，评价整条河流的水质状况以及排放到该条河流工业污染源贡献率，为决策人员及时提供以及排放到该条河流工业污染源贡献率，为决策人员及时提供信息。信息。社会经济状况与水资源状况的综合分析社会经济状况与水资源状况的综合分析根据区域的社会经济状况与水资源状况结合，为用户提供直观、根据区域的社会经济状况与水资源状况结合，为用户提供直观、形象的水资源区域社会经济状况分析成果。形象的水资源区域社会经济状况分析成果。57基于遥感与基于遥感与GISGIS技术的生态需水计算技术的生态需水计算基于遥感和基于遥感和GISGIS技术

49、的水资源与生态环境评价管理信技术的水资源与生态环境评价管理信息系统息系统区域水资源实时监控系统区域水资源实时监控系统58三、旱情监测三、旱情监测（一）一般干旱概念（一）一般干旱概念干旱现象从水资源角度来看，是供水不能满足正常干旱现象从水资源角度来看，是供水不能满足正常需水的一种不平衡的缺水情势，这种负的不平衡超需水的一种不平衡的缺水情势，这种负的不平衡超过一定的界值后，对城乡生活和工农（牧）业生产过一定的界值后，对城乡生活和工农（牧）业生产产生了不利影响，这样的过程称之为干旱灾害，因产生了不利影响，这样的过程称之为干旱灾害，因此，干旱是相对于需求而言。此，干旱是相对于需求而言。59（二）影响干

50、旱的主要因素（二）影响干旱的主要因素在水供需关系中包含了供和需两个方面：在水供需关系中包含了供和需两个方面：一方面天然一方面天然降水、蒸发、汇流、循环降水、蒸发、汇流、循环等供方因素；等供方因素；另一方面是工农业生产、人民生活对水的需求，具体另一方面是工农业生产、人民生活对水的需求，具体反映在不同的工业结构和生产水平、土地利用方式、反映在不同的工业结构和生产水平、土地利用方式、城镇化建设进程、人口增长情况以及经济发展水平城镇化建设进程、人口增长情况以及经济发展水平所具备对水资源的调控能力等人类社会经济活动因所具备对水资源的调控能力等人类社会经济活动因子。子。区域干旱事件的发生，它的历史演变和今

51、后的发展趋区域干旱事件的发生，它的历史演变和今后的发展趋势，是自然因子和人类活动因子共同作用的结果。势，是自然因子和人类活动因子共同作用的结果。60（三）旱情和旱灾定义（三）旱情和旱灾定义旱情和旱灾是描述农业干旱及其灾害的两个基本概旱情和旱灾是描述农业干旱及其灾害的两个基本概念。念。旱情是指在作物生育期内，耕作层土壤水分得不到旱情是指在作物生育期内，耕作层土壤水分得不到降水、地下水和灌溉水的适量补给，土壤供水不断降水、地下水和灌溉水的适量补给，土壤供水不断消耗，农作物从土壤中吸收到的水分不能满足正常消耗，农作物从土壤中吸收到的水分不能满足正常生理需要，作物受水分条件限制生长受到抑制的情生理需要

52、，作物受水分条件限制生长受到抑制的情势。势。旱灾是指作物在生育期内由于受旱，造成较大面积旱灾是指作物在生育期内由于受旱，造成较大面积减产或绝产的灾害。减产或绝产的灾害。61（四）常规干旱指标（四）常规干旱指标1. 1. 气象干旱指标气象干旱指标采用气象上的指标对生长某一阶段的降水、蒸发情况采用气象上的指标对生长某一阶段的降水、蒸发情况给予描述，如：降水距平、无雨日数和降水与蒸发给予描述，如：降水距平、无雨日数和降水与蒸发的比值等。反映了该时段作物或植物的气象环境。的比值等。反映了该时段作物或植物的气象环境。2. 2. 水文干旱指标水文干旱指标采用河川径流、地下水低于一定供水值的历时和亏缺采用河

53、川径流、地下水低于一定供水值的历时和亏缺量等水文特征值给予描述。量等水文特征值给予描述。623. 3. 农业干旱指标农业干旱指标由于不同受旱对象在不同生长阶段的耐旱特性相差极由于不同受旱对象在不同生长阶段的耐旱特性相差极为悬殊，仅仅描述旱情对受旱作物或植物的影响状为悬殊，仅仅描述旱情对受旱作物或植物的影响状况固然重要，但为了更好地定量予以描述，在农业况固然重要，但为了更好地定量予以描述，在农业上通常用墒情特征描述干旱，将当前土壤实际含水上通常用墒情特征描述干旱，将当前土壤实际含水率与作物生长适宜含水率进行比较。率与作物生长适宜含水率进行比较。4. 4. 经济干旱指标经济干旱指标水资源供需不平衡

54、对人类社会经济活动产生的影响等水资源供需不平衡对人类社会经济活动产生的影响等特征指标，如：农牧业、工业减产量，缺水导致的特征指标，如：农牧业、工业减产量，缺水导致的直接或间接经济损失等。直接或间接经济损失等。63（五）旱情的遥感监测原理（五）旱情的遥感监测原理1. 1. 旱情的热惯量监测方法旱情的热惯量监测方法从农业干旱的角度出发，如果能较准确地测定土壤的含水情况，就可以较好地将其与 湿润、含水量高的土壤，白天受到太阳照射后，由于其热容量大，作物的缺水状况对应升温相对较慢、温度升幅较小；晚上散热也较慢、温度降幅较小，湿润土壤的这种热特性通常被称之为热惯量大。相对与干燥、含水量低的土壤，其昼夜温

55、度升降幅度大，被称之为热惯量小。利用土壤含水量不同所具有的热特性差异，人们提出了监测昼夜土壤的温差，反求土壤含水量的方法。642.2.用遥感的假设用遥感的假设目前的遥感卫星具有在目前的遥感卫星具有在可见光、近红外、中红外和可见光、近红外、中红外和热红外波段对地面实施探测的能力热红外波段对地面实施探测的能力，这些数据可以，这些数据可以用于地表反照率和辐射温度的探测。用于地表反照率和辐射温度的探测。这样运用是基于以下几条前提假设：这样运用是基于以下几条前提假设：1）土壤是裸露的或者表层植被很少；2）土壤质地的差异，即土壤的物质组成不同、内在和表层结构形态不同会影响到土壤的辐射发射率；3）温度信息，

56、在经过大气的传输过程中明显受到大气状况的影响。653.3.旱情的微波遥感监测方法旱情的微波遥感监测方法微波具有不受季节、昼夜和日照条件的影响，穿透云雾大气的全天时、全天候物理特性。随着机载和星载微波传感器探测数据源的日益丰富，有研究人员开始尝试运用主动和被动微波遥感数据对土壤的水分条件进行监测的实验。其物理学依据是：干土和湿土由于含水量的不同，其电 导率、介电常数具有明显的差异，主动式微波遥感得到回波信号、被动式微波遥感得到的散射信号的强弱反映的是目标的后向散射系数，该系数与电导率直接关联。微波遥感据此间接推导土壤的水分状况及分析旱情。66四、水环境监测、评价与管理四、水环境监测、评价与管理（

57、一）水质指标一）水质指标在最新的在最新的地表水环境质量标准地表水环境质量标准中，将标准项目中，将标准项目分为：地表水环境质量标准基本项目、集中式生活分为：地表水环境质量标准基本项目、集中式生活饮用水地表水源地补充项目和集中式生活饮用水地饮用水地表水源地补充项目和集中式生活饮用水地表水源地特定项目。表水源地特定项目。67根据水域的不同使用功能，水质的每项指标的标准根据水域的不同使用功能，水质的每项指标的标准不同。对应地表水五类水域功能，将地表水环境质不同。对应地表水五类水域功能，将地表水环境质量标准基本项目标准值分为五类，不同功能类别分量标准基本项目标准值分为五类，不同功能类别分别执行相应类别的

58、标准值。别执行相应类别的标准值。依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类：依次划分为五类：68I I类主要适用于源头水、国家自然保护区；类主要适用于源头水、国家自然保护区；IIII类类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；幼鱼的索饵场等；IIIIII类类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等保护区、鱼

59、虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；渔业水域及游泳区；IVIV类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；的娱乐用水区；V V类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。类主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。69（二）水质监测（二）水质监测水质监测工作的内容主要包括数据采集、数据分析水质监测工作的内容主要包括数据采集、数据分析与传输。与传输。水体沉降物的采样点布设、采样方法、样品保存与预水体沉降物的采样点布设、采样方法、样品保存与预处理、监测项目与分析方法；处理、监测项目与分析方法；70生物监测的采样垂线（点）布设、采样频

60、次、采样生物监测的采样垂线（点）布设、采样频次、采样时间、样品采样与保存方法；时间、样品采样与保存方法；水污染监测与调查方面，有关入河排污口监测与调水污染监测与调查方面，有关入河排污口监测与调查、污染源调查、水污染事故调查、水污染动态监查、污染源调查、水污染事故调查、水污染动态监测任务、方式与要求；测任务、方式与要求；实验室质量控制中的一般规定、实验室内质量控制实验室质量控制中的一般规定、实验室内质量控制基础工作、实验室内质量控制基础实验、分析质量基础工作、实验室内质量控制基础实验、分析质量控制方法与要求、实验室间质量控制；控制方法与要求、实验室间质量控制；数据处理、数据记录与处理与资料整、汇