一、問題的由來
就災(zāi)害發(fā)生的時空范圍、強度及其對人類生存與發(fā)展的威脅程度而言，洪水災(zāi)害居各種自然災(zāi)害之首。我國地域遼闊，河流眾多，地形復(fù)雜，季風(fēng)性氣候顯著，年降水集中，是一個水旱災(zāi)害頻繁的國家。我國洪水災(zāi)害在空間上既有普遍性，又具有區(qū)域性；在時間上既表現(xiàn)無序的非穩(wěn)定性，又存在有序的周期性。如何系統(tǒng)、快速地分析與評價洪水災(zāi)害，不僅是當(dāng)代自然災(zāi)害學(xué)研究中的一個重大科學(xué)問題，也是與區(qū)域社會、經(jīng)濟、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展密切相關(guān)的一項迫切的實踐任務(wù)。
二、防洪減災(zāi)工作的歷史與進(jìn)展
雖然人類自誕生的那一刻開始就承受著洪水災(zāi)害帶來的痛苦，但對洪水進(jìn)行研究的歷史還很短。在相當(dāng)長的人類史上，由于蒙昧無知，人類將洪災(zāi)視為神靈的產(chǎn)物，認(rèn)為它是上天的意旨，不容抗拒，只能任其泛濫。進(jìn)入紀(jì)元時代后，人類逐漸的擺脫對洪災(zāi)的盲目恐懼和迷信觀念，開始進(jìn)行一些觀察、描述和記載，從表面上對洪災(zāi)進(jìn)行一些感性的認(rèn)識。到了工業(yè)革命以后，人與自然關(guān)系的日益密切，人類開始主動的對洪水災(zāi)害進(jìn)行研究。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的日益進(jìn)步，人類開始對洪水災(zāi)害進(jìn)行系統(tǒng)的分析研究。20世紀(jì)60年代以前，世界各國都只注重防洪的工程措施。由于眾多的城市在蓄滯洪區(qū)發(fā)展起來，光靠防洪工程來防止或減低洪水災(zāi)害的破壞是相當(dāng)被動的措施。而且，一些防洪工程的費用大大超過了其減災(zāi)的效益，過分強調(diào)工程措施，曲解了經(jīng)濟力量的正常作用。于是，60年代以后，世界各國開始在防洪規(guī)劃上同時采用了工程措施和非工程措施相結(jié)合的辦法，注重對洪災(zāi)的發(fā)生概率及損失評估，防汛決策支持系統(tǒng)在GIS、RS及GPS技術(shù)的支持下得到了迅猛的發(fā)展。
三、遙感在防洪減災(zāi)中的應(yīng)用
自1980年遙感技術(shù)引進(jìn)到水利行業(yè)以來，遙感技術(shù)經(jīng)歷了學(xué)習(xí)、試驗、應(yīng)用和發(fā)展等四個階段，遙感技術(shù)相對常規(guī)方法具有宏觀性好、更新周期快、人為因素干擾小等優(yōu)點，為水利事業(yè)和傳統(tǒng)的水利科學(xué)注入了新鮮的活力。
1、遙感技術(shù)的特點
宏觀性
遙感影像是大范圍地面信息的載體，一景NOAA數(shù)據(jù)覆蓋512km×512km的地面范圍；一景TM數(shù)據(jù)覆蓋180km×180km的地面范圍；一景SPOT數(shù)據(jù)覆蓋60km×60km的地面范圍；加拿大RADARSAT則有多種成像方式，幅寬從75公里到500公里。遙感為人們從宏觀上、總體上把握事物的全貌提供了快速、便捷的途徑。
客觀性
遙感信息是從高空獲得的地面信息，這些信息雖然不是依靠人們的直接觀測獲得，卻是地物通過特有的光譜特性或反射特性對地面狀況的客觀反映。通過模式識別、計算機分類技術(shù)、波段運算等分析方法對這些信息進(jìn)行研究，我們可以獲得特定區(qū)域現(xiàn)狀的相關(guān)信息。
綜合性
衛(wèi)星遙感信息是對地面狀況的綜合反映，山峰、水庫、道路、植被、居民點、地質(zhì)結(jié)構(gòu)和大地構(gòu)造等靜態(tài)地物地貌，流動物體的瞬時動態(tài)影像等都能在其中得到一定的反映，不同波段的遙感數(shù)據(jù)還蘊藏著溫度、濕度、亮度等環(huán)境要素。也正是基于這種綜合信息中蘊含著的豐富專題信息，我們可以了解研究區(qū)域的環(huán)境因子，不僅可以對災(zāi)害發(fā)生的可能性和可能造成的損失作出科學(xué)的預(yù)測，還可以對災(zāi)后重建方案提供科學(xué)的建議。
動態(tài)性
每一景遙感信息都是對地面狀況的瞬時反映。同一地區(qū)不同時期的遙感影像反映了研究區(qū)域的動態(tài)變化。NOVA衛(wèi)星每天可以重復(fù)獲得同一地區(qū)的兩景數(shù)據(jù)，TM影像的成像周期為7天，SPOT衛(wèi)星可以每天對同一地區(qū)成像，RADARSAT影像的成像周期最快可達(dá)3-4天，而機載SAR可以根據(jù)需要隨時升空獲取影像信息。
數(shù)字化特性
信息時代是數(shù)字化的時代，衛(wèi)星遙感信息正是以數(shù)字形式提供的，它不僅包含豐富的信息，還具有儲存?zhèn)鬏敺奖恪⒈阌诰S護(hù)更新、信息提取手段多樣化等優(yōu)點，便于數(shù)據(jù)共享和資源再利用，隨著通訊技術(shù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的成熟，遙感信息可以實時簡便的提供到?jīng)Q策人員的手中，是現(xiàn)代防汛會商的一個重要的信息源。
2、在洪水預(yù)報中的應(yīng)用（天氣、匯水面積）
目前，洪水預(yù)測研究，尤其是異常暴雨形成的特大洪水的時空變化規(guī)律的研究還很少，而這類型的研究對于防洪減災(zāi)而言是極其重要的。洪水預(yù)測常用方法是水文學(xué)方法，即利用降雨信息經(jīng)產(chǎn)、匯流水文模型計算來預(yù)報洪水。通過由遙感衛(wèi)星獲取的信息進(jìn)行天氣預(yù)報已經(jīng)是家喻戶曉的事情了，氣象衛(wèi)星可以實時地監(jiān)測區(qū)域的天氣的情況，從而推測其變化趨勢，為洪水預(yù)測提供降雨因子信息。此外，利用遙感圖像可以準(zhǔn)確快速確定流域的匯水面積，并通過對下墊面的綜合分析，推斷研究區(qū)域的產(chǎn)、匯流情況。利用遙感技術(shù)手段可以提供洪水預(yù)測、預(yù)報的基礎(chǔ)信息。
3、在災(zāi)情評估中的應(yīng)用
遙感技術(shù)很早就開始用于洪澇災(zāi)害調(diào)查，水利部早在1983年就利用陸地衛(wèi)星MSS圖像監(jiān)測了三江平原撓力河的洪水。后來，NOAA、TM、SPOT、星載SAR影像先后應(yīng)用于洪水災(zāi)害調(diào)查。遙感數(shù)據(jù)常用于確定洪澇災(zāi)害的受災(zāi)范圍，但在洪水期，災(zāi)區(qū)通常都被云霧籠罩，基于光學(xué)原理成像的被動式遙感往往無法滿足實時監(jiān)測的要求，而只能用于洪水監(jiān)測評估中作為提取本底水體的數(shù)據(jù)源。SAR影像不受天氣的影響，是災(zāi)害期間很好的信息來源。目前，遙感技術(shù)在洪水監(jiān)測方面的一個重大突破是機載SAR實時傳輸系統(tǒng)的成功應(yīng)用。裝載有SAR的飛機根據(jù)需要在災(zāi)區(qū)飛行成像，地面的實際情況就實在時地傳輸?shù)街付ǖ谋O(jiān)測中心，經(jīng)回放顯示、圖像處理、信息提取、屬性疊加等技術(shù)流程后，便可以為防汛指揮提供需要的信息。從飛機成像到向決策人員提供信息，整個過程連貫一起，真正的做到對災(zāi)情的實時監(jiān)測。
現(xiàn)在正在應(yīng)用或者在建的防洪減災(zāi)決策支持系統(tǒng)幾乎都是GIS、RS、GPS的有機結(jié)合體。在洪水災(zāi)害評估中需要快速得到洪水的淹沒范圍，利用遙感可以準(zhǔn)確的確定洪水災(zāi)害發(fā)生的位置、影響范圍、以及災(zāi)害的嚴(yán)重程度。不管是光學(xué)的被動式遙感還是微波的主動式遙感，其影像均可以直接或者通過波段運算判讀水體邊界。有了遙感獲取的受災(zāi)范圍，結(jié)合GIS信息庫里頭的屬性信息，便可以對災(zāi)情的嚴(yán)重程度做出科學(xué)的評估，為防洪減災(zāi)決策提供依據(jù)。
4、在防洪規(guī)劃中的應(yīng)用
遙感影像是成像區(qū)域下墊面情況的綜合表達(dá)，對洪水災(zāi)害的和承災(zāi)體均有不同程度的反映。通過系列遙感影像的對比分析，可以了解流域水系的分布狀況、河勢的變化趨勢、產(chǎn)匯流區(qū)的環(huán)境變遷等情況，遙感不僅反映主干河道的來水、來沙信息，對各匯入支流的情況亦有較好的反映，這是普通的模型很難模擬的。遙感資料還廣泛應(yīng)用于水土流失調(diào)查、河口演變、河道工程監(jiān)測等工作。各類河道工程或跨河建筑物以及各種阻水建筑物，均有可能對河道泄洪造成影響，利用遙感技術(shù)，可對工程進(jìn)度及其影響進(jìn)行監(jiān)測。如：通過遙感監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，近二十年來珠江三角洲主要行洪河道橋梁急劇增加，尤以90年代增加最快最多。珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)橋梁從以往零星分布的布局發(fā)展為星羅棋布的橋梁群，由于珠江三角洲網(wǎng)河區(qū)河道相互貫通，水流相互作用，相互影響，這樣也就把各橋梁對水流的影響聯(lián)系在一起，從而造成了對整個三角洲防洪形勢不可忽視的影響。珠江水利委員會從70年代以來應(yīng)用遙感監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)伶仃洋存在一條水動力相對平衡線，為伶仃洋規(guī)劃治導(dǎo)線選用大喇叭方案提供了很好的科學(xué)依據(jù)。這些都是遙感技術(shù)應(yīng)用于防洪規(guī)劃的直接體現(xiàn)。遙感可以從大宏觀的角度研究受災(zāi)區(qū)域，其觀察結(jié)果既直觀又客觀，較少受到?jīng)Q策者主觀因素的影響，因此能更好的把握致災(zāi)因子、致災(zāi)環(huán)境中的主導(dǎo)因素，為確定防洪規(guī)劃工作重點、制定防洪措施提供科學(xué)依舊。
四、目前存在的主要問題
1、高分辨率數(shù)據(jù)有待普及
遙感從80年代初期開始應(yīng)用于水利行業(yè)后，雖然得到了迅猛的發(fā)展，但是90年代以來，由于各種因素的制約，遙感應(yīng)用始終沒法發(fā)揮其強大的生命力。究其原因，主要是當(dāng)時的數(shù)據(jù)來源以及數(shù)據(jù)的質(zhì)量沒法滿足應(yīng)用部門的要求，以至許多工作依然以常規(guī)的觀測、測量手段為主。近年來，以美國IKNOS和QUICKBIRDS為代表的高空間分辨率數(shù)據(jù)已經(jīng)商用化，其地面分辨率可達(dá)3m和0.6m；同時，以AVIRIS為代表的高光譜遙感的發(fā)展亦已經(jīng)進(jìn)入應(yīng)用性階段，這對地物識別提供了前所未有的優(yōu)越條件。高分辨率數(shù)據(jù)已經(jīng)成為遙感技術(shù)發(fā)展的趨勢，可惜的是，所有的相關(guān)數(shù)據(jù)價格昂貴，要實現(xiàn)大范圍的宏觀觀測，投入成本過高。因此，目前對高分辨率數(shù)據(jù)的應(yīng)用還只停留在研究階段。
2、遙感科研力量有待增強（人員、經(jīng)費）
上個世紀(jì)八十年代初，遙感技術(shù)首次作為首要技術(shù)，開展了第一次全國土壤侵蝕和水土保持普查，水利遙感應(yīng)用出現(xiàn)了第一次熱潮，直至上個世紀(jì)八十年代中期第一次普查結(jié)束，這個時期可以成為水利遙感應(yīng)用研究的高潮階段。在此期間，以水利部遙感中心為核心，各大流域遙感應(yīng)用研究機構(gòu)為骨干，開展了有組織、有領(lǐng)導(dǎo)的廣泛的遙感技術(shù)學(xué)習(xí)、交流活動和應(yīng)用研究，遙感應(yīng)用研究隊伍蔚為壯觀。之后遙感應(yīng)用逐漸轉(zhuǎn)入低谷，出現(xiàn)了長期徘徊局面，地方遙感應(yīng)用研究機構(gòu)紛紛被合并、解散或者轉(zhuǎn)變職能。與此相應(yīng)，遙感應(yīng)用研究力量薄弱、不成規(guī)模，應(yīng)用研究的投入嚴(yán)重不足。遙感作為信息獲取的快速、有效的工具，其應(yīng)用價值亦因此受到很大的制約。
五、結(jié)語
1998年大洪水后，水利治理出現(xiàn)了思路上的根本轉(zhuǎn)折，遙感、GIS、GPS作為重要的高新技術(shù)手段擺在水利信息化、現(xiàn)代化的首要位置。由于成功地對洪水災(zāi)害進(jìn)行了實時監(jiān)測，遙感又一次為所有水利人所矚目。此后不久即開展了全國第二次、第三次土壤侵蝕和水土保持遙感普查。水利遙感應(yīng)用研究進(jìn)入全面的復(fù)蘇期，這是大力發(fā)展遙感事業(yè)的一個難得的契機。隨著數(shù)字水利的逐步實施，遙感在水利行業(yè)將有著更加美好的前景。
