1、1现代信息技术在水资源管理领域的应用研究摘 要：本文简要分析了科技革命产生的科技进步与可持续发展战略目标的实现以及水利行业的发展方向之间的关系，通过分析“3S”技术及其集成技术，数字信息技术和其他高新技术在水资源管理方面的运用实例，提出应当以科技进步促进水资源的可持续利用，以水资源的可持续利用支撑经济社会的可持续发展，进而实现人民生活水平和社会生产力的可持续发展和提高。 关键词：可持续发展 科技革命 水资源管理 “3S”技术 Abstract: This paper analyzes the relationship between the technological revolution o
2、f science and technology progress and sustainable development strategy and the water conservancy industry development direction, through the analysis of “3S“ technology and integration technology, digital information technology and other high technology in the application of water resources manageme
3、nt, should be made to the progress of science and technology to promote sustainable utilization of water resources, sustainable development to support the sustainable use of water resources of economy and society, so as to realize the peoples standard of living and the sustainable development of soc
4、ial productive forces and improve 2the. 关键词：可持续发展 科技革命 水资源管理 “3S”技术 Keywords: sustainable development of science and technology revolution and water resources management “3S“ technology 中图分类号：TV213.4，P2 文献标识码：A 1 科技革命，可持续发展战略与水利工作的关系 近现代以来，科技界共发生了三次科技革命：第一次科技革命，又称为产业革命或工业革命，在 18 世纪 60 前后开始，以蒸汽机的发明和应
5、用为主要标志；第二次科技革命，从 19 世纪 70 年代开始，以电的发明和应用为主要标志；第三次科技革命又称现代技术革命开始于 20 世纪40 年代，现正以迅猛的速度向前发展着，它的主要标志是原子能、空间技术和电子计算机的广泛应用，其主要内容包括信息技术、新材料技术、生物技术、新能源技术、空间技术和海洋技术领域里的革命1 。 科学技术革命不仅使科学技术系统产生了深刻变革，更带来社会生产力的巨大发展。在现代科学技术条件下，生产管理已成为影响生产力的一个不可缺少的重要因素。第三次科学技术革命极大推动了生产管理科学化。现代科学技术不再仅是利用自然力和生产物质财富的理论基础，更是有组织地管理各种经济活
6、动和社会活动的理论基础。现代科学技术不仅为实现现代电子信息管理的管理模式提供了先进的技术手段，更是为实现可持续发展的目标提供了坚实的技术基础。 可持续发展的目标可以概括为三个：经济目标、社会目标和环境目3标2。 经济目标就是要求维持自然资源的供应，实现经济的适度发展和效率；社会目标就是要求维持对自然资源和环境服务的公平分配；环境目标就是要求维持适度的环境质量和环境服务，增强环境对污染物质的吸收能力。可持续发展目标的实现，必须是经济、社会和环境的协调发展。 当前，水的问题正是社会经济发展的重要制约因素之一。洪涝灾害、干旱缺水、水土流失和水环境恶化的问题急待解决。水利工作必须树立和落实科学发展观，
7、坚持人与自然和谐共处的理念， 坚决依托最先进的科学技术以及管理方法，实现水资源的合理开发、高效利用、优化配置、全面节约、有效保护和综合治理3。坚持科技创新，推进科学管理，以水利信息化带动水利现代化，以科技进步促进水资源的可持续利用，以水资源的可持续利用支撑经济社会的可持续发展。 作为第三次技术飞跃的代表， “3S”技术、信息技术、测控技术、决策支持系统以及仿真技术等领域的发展日新月异。与传统技术手段相比，“新生代”技术以数字化手段为核心，并以此为渠道将数据与应用模型相结合；数据量巨大，通常被称之为海量数据，其存贮、管理、传输都有异于传统的技术和方法，通常意义的数据库已不足以管理这些数据；数据资
8、料的存储和处理环境趋向网络化，为分布式数据库的建立和交互操作系统的建立创造了条件，仿真技术甚至可以在网络系统中重现和模拟真实的世界4。水利行业内部，由于这些新技术的广泛使用，诞生了如“数字地球” “数字水利” “数字流域”等新名词。新技术的应用为水利行业的发展注入了新的动力，为水资源信息的收集、处理，共享提供4了更加便捷的途径。 2 “3S”技术在水资源管理中的应用 “数字水利”涉及的技术专业非常宽泛，其中的主要技术有“3S”技术、数据库技术、通讯和计算机网络技术、系统集成和互操作技术等。3S 技术（地理信息系统（Geographic Information System） 、遥感（Remot
9、e Sensing） 、全球定位系统（Global Positioning System）的简称） ，是数字水利的支撑技术5。 2.1 地球信息系统（GIS）的应用 GIS 是针对水利信息应用的各个方面，可以根据水利信息的地理坐标进行管理、评价、分析、结果输出等处理，提供决策支持、动态模拟、统计分析、预测预报，分析具有各种时空要素的水利信息的现代化工具，是数字水利的技术基础。GIS 的处理对象为空间实体。水利信息固定的实体如河道、湖泊、水库、枢纽工程、抽水泵站、开采井等和非固定的实体，如水位、降水量、蒸发量、调水量等，它们的最大特点是具有空间属性，与 GIS 空间实体的点、线、面属性具有一致性
10、。GIS 提供的图形能力与水利信息图形上表现的数据是一致的，而且 GIS 完全能表现水利的各个方面6。在实践中， GIS 不仅是进行资源普查、区域开发规划、国土管理规划、环境资源调查的基础，也是区域决策与现代化管理的有力手段，具有广阔的应用前景。它对空间数据除管理、检索外，还可进行各种运算和分析。输出形式主要是图形（各种专题图等） ，也可以是传统的表格、文字、数据。通过 GIS 可完成影像的处理、解译，实现数据的集成分析及应用等，为高层决策提供基础依据。利用 GIS 可以建立图形5属性库，对遥感普查数据及相关资料进行管理，为水土保持工作提供有利、快捷的决策依据。GIS 为水土保持工作建立了坚实
11、的应用平台7。 2.2 遥感技术（RS）的应用及发展 遥感技术（RS）作为数字水利的重要技术，可以完成许多重要数据的测绘。 根据红外波段的水体辐射率明显低于其他地物，选用一个合适的红外波段，定出其水体的阀值，高于该值，即为非水体，利用此原理，即可测量出河道、湖泊的水位值，还可以利用卫星资料绿、红和红外波段的综合信息来求取绿色系数和红色系数，拟合生成水体面积。 利用不同时间段的两幅或多幅卫星图像进行假彩色合成，不仅可以分析时间段内的洪水淹没的范围，还能反映洪水移动的方向和速度，以便决策部门采取措施，做出正确的决策，依据洪水泛滥时的卫星图像，可以绘制洪水淹没范围，估算洪水造成的损失、 通过遥感技术
12、实时获取洪水情况，输出地图、图表。 由于遥感技术能对下垫面进行详细分析，并可进行逐项成因分析，直接利用卫星图像上获取的信息作为参数来编制洪水预报方案，通过卫星或航天传感器系统的联合应用，确定出地物覆盖分布，并与土壤、坡度等资料一起转化成数字化格式存入 GIS 系统。 遥感技术在水环境、干旱及土壤含水量实时监测，以及防洪工程检查、河道清障等方面也大有用武之地。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。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。6两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%
13、，尤其适用于无水文资料地区。 此外，根据遥感资料提供的积雪分布（三维） 、积雪量、雪面湿度，用融雪径流流域模型估算融雪水资源和流域出流过程。如有精度较高的数字高程模型，对湖泊面积及容量调查也有较高精度。目前已可以对混浊度、PH 值、含盐度、BOD 和 COD 等要素做定量监测，对污染带的位置作定性监测。 遥感技术在近十几年间得到了长足的发展。很多基于遥感核心技术的衍生技术逐渐被开发并付诸实践，收到了良好的效果。激光雷达技术就是其中之一。在“数字流域”中，需要利用遥感技术、全球定位系统等来收集原始资料。目前，数据采集的主要方式还是传统的航空摄影测量方式，20 世纪 80 年代末，以激光雷达测量技
14、术（Light Detection And Ranging，LIDAR）为代表的空间对地观测技术在多等级三维空间信息的实时获取方面产生了重大突破。LIDAR 能够快速获取高分辨率 DEM 以及地面物体的三维坐标，进而获取地表物体的垂直结构状态，地物的认识和识别能力大大增强，为获取高时空分辨率的地球空间信息提供了一种全新的技术手段，使人们从传统的人工单点数据获取转变为连续自动数据获取，提高了观测的速度和精度，使数据的获取和处理向智能化和自动化的方向发展。激光雷达技术的使用为“数字流域”提供了更加丰富的数据来源，在“数字流域”中有着广泛的应用前景8。 2.3 全球定位系统 GPS 的应用 GPS
15、是一种可以定时与测距空间交汇的导航系统，具有测量和民航功7能，通过接收卫星信息结出（记录）地球上任意地点的三维坐标及载体的运行速度，同时它还可给出准确的时间信息，具有记录地物属性的功能。它和传统监测不同的是，操作十分简单方便，只需一人携带仪器经过该地点即可，可大大提高测量的速度。GPS 测量相对独立，任何一点的测量均是依靠卫星信息定位的，和前后测点无关，因而没有地面通视的要求，也没有误差积累的影响，可以用来测量小范围的水土保持设施或水土流失现象发生位置、几何特征等，还可监测开发建设项目造成的水土流失情况以及退耕还林的具体面积及分布9。 此外，GPS 在江河、湖泊、水库的水下地形测量、堤防险工险
16、段监测、抛石护岸监测、大堤安全监测、泥石流滑坡预警监测等方面已得到了广泛的应用。如在 1996 年和 1998 年的长江大洪水的监测中发挥了重要作用，特别是对长江险工险段监测，长江水道地形和洞庭湖、鄱阳湖的水域监测及长江堤防安全监测等方面，发挥了重要作用。 3 “3S”技术集成与综合应用 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于信息流的一个方面，而不能满足准确地、全面地描述地理信息流的要求，现代科学技术的发展促使它们紧密结合成为一个整体强大的信息采集方式。 “3S”集成是科技发展的必然结果。3S 集
17、成是指将地理信息系统、遥感、全球定位系统这三种对地观测新技术有机地集成在一起。 灌区信息化系统即是“3S”集成的实践成果之一。它利用微波扩频无线网络、WebGIS、数据存贮等“3S”集成技术，提高灌区信息化水平，8为灌区信息化进程提供技术手段。它主要包括数据、图像、语音三网合一的微波扩频通信技术，多线程调度技术及地理空间数据库技术。在灌区信息化系统中，信息的采集源头涉及气象、水文、水利、工程、灾害等多种信源，在水资源决策支持系统情数据库系统建立实时的交互，数据的有效传输必须确保网络通讯的畅通，实时监视每个系统、网络的活动状态，并建立事件的处理机制10。水资源决策支持系统、灌溉过程仿真系统、防汛
18、调度仿真系统、GIS 查询等系统中需要应用灌区各类基础和专题电子地图来完成，所以在灌区综合数据库设计时就需要采取地理空间数据库技术，将灌区水情数据、工情信息与地理空间点、线、面相结合，通过该技术，就可建立一个完整的多层次的灌区空间数据库。中心的、连接渠首枢纽、测控站、管理站、局属单位的点对多点宽带无线网络系统，实现全灌区的网络一体化，实现各远端站点数据、图像、语音及测控信息实时、高速的传输，满足了大型灌区建设方便实施及综合多样的数据传输需求，是大型灌区通信网建设的首选方案。在灌区信息化系统建设中，通过多线程调度技术的应用，进一步提高了采集和控制的实时性和准确性，提高水资源的综合调度能力，优化调
19、度模式，可以有效地节约水资源。在灌区信息化系统建设中，通过地理空间数据库技术可以建成一个以管理局信息中心为在综合数据库系统和业务应用系统中的应用，可以对各类实时数据、基础数据、历史数据的进行数据提取、业务分析，并结合水利模型可以实现各类用水仿真、灌溉仿真、防汛仿真等功能，为领导提供综合决策和指导。 4其他技术在水资源管理中的应用前景 9数字地球中开发的数字信息处理技术、通讯技术、信息存储与管理技术、网络技术、数字成品技术、知识挖掘等多种高新技术及基础设施建设又为水文水资源管理的科学发展上一个新台阶创造了良好的技术条件。数字技术在水文水资源中的开发研制，为国家宏观决策和国民经济建设提供与水有关的
20、国家尺度上的数字信息产品。其主要包括的内容有：一是数字流域构建技术，包括数字信息获取技术、处理技术、信息存储与管理技术等；二是水信息同化挖掘技术，这是介于数字流域技术平台和数字成品技术之间的桥梁与纽带，其中数字模型起着举足轻重的作用，它为通过遥感遥测技术所获取的信息在水文水资源中的应用提供了最佳平台和技术准备，当雷达、卫星测雨技术进入实用阶段时，雷达或卫星捕获的高分辨率实时雨量信息可以与数字模型进行最佳联接，实现降雨输入与模型之间的完整结合，提高模型的预报精度和预见期，将观测点信息拓展和同化至流域面上的信息需要由数字模型来实现；三是数字成品技术，这一技术是基于数字流域、运用数字模型开发的最终产品，为国家宏观可持续发展决策和国民经济各行各业服务。 参考文献 孙相文，张建国现代科学技术革命与社会经济发展J东北电力大学学报，2007，10：53-57 索丽生坚持科学发展观贯彻治水新思路为水资源的可持续利用提供科技支撑J水利水电技术，2005，36（1）：4-8 刘宁在全国水利科技工作会议上的总结发言J2005，36（1）：108-12 作者简介：杨林林（1980-） ，女，河南焦作人，讲师，专业副主任，主要从事水利工程施工技、水务管理专业教学工作。
