Table of Contents

Сателитите и наблюденията във въздуха осигуряват синоптичен поглед върху водните системи, който позволява на властите да наблюдават огромните региони, да откриват промени във времето и да вземат решения за емпирични доказателства. Тази статия изследва как технологията за дистанционно наблюдение подкрепя политиките за управление на водите, приложенията, които са от полза най-много, предимствата, които предлага по отношение на конвенционалните методи и предизвикателствата, които все още трябва да бъдат разгледани.

Какво е дистанционното усещане?

Тези сензори отразяват или излъчват електромагнитно излъчване през различни дължини на вълните, включително видими, инфрачервени и микровълнови ленти. Събраните данни могат да бъдат обработвани в изображения и цифрови карти, които разкриват физични и химични свойства на земната повърхност и атмосфера.

В контекста на водните ресурси, платформите за дистанционно наблюдение като серията Landsat на НАСА, спътниците на Европейската космическа агенция "Сентинел" и сателитите на NOAA "ГОРА" осигуряват критични наблюдения. Тези системи предлагат разнообразни възможности: оптичните сензори откриват цвета на водата и здравето на растителността; топлинните инфрачервени сензори измерват температурата на повърхностните води; и радарните сензори проникват в облаците и могат да измерват грапавостта на повърхността, степента на водните тела и дори влагата на почвата. Комбинацията от тези потоци от данни позволява цялостен мониторинг на хидрологичните цикли на местно, регионално и глобално равнище.

Ключови приложения в управлението на водните ресурси

Мониторинг на повърхностните води Разширяване и Динамика

Сателитните изображения позволяват редовното картографиране на езерата, резервоарите, реките и влажните зони. Алгоритъмите автоматично класифицират водни пиксели, позволявайки създаването на времеви серии, които проследяват сезонни и дългосрочни промени. Тази информация е от решаващо значение за управлението на съхранение на резервоари, оценка на наводненията и мониторинг на въздействието върху сушата. Например, Глобалният изследващ вода, построен от архивите на Landsat, документира развитието на повърхностните води на Земята през последните четири десетилетия, помагайки на политиците да идентифицират зони на загуба на вода или печалба.

Оценка на качеството на водата

Отдалечното наблюдение може да определи параметри за качество на водата като например замърсяване, концентрация на хлорофил-а, разтворена органична материя и окачени седименти. Сензори като Сентинел-2 и Landsat-8 осигуряват средно-резолюционни мултиспектрални ленти, които откриват алганови цъфтежи, замърсявания и модели на утаяване. Тази способност подпомага прилагането на стандарти за качество на водата, идентифицира източниците на замърсяване и насочва стратегии за възстановяване. В крайбрежните и вътрешните води, почти реално време мониторинг помага на общественото здраве органи издават предупреждения за вредни алгалови цъфтежи.

Мониторинг на сухото и водното петно

Индексите за вегетацията (VHI) и стандартизираният индекс за предсърдно валежно дишане (SPEI) от продуктите за сателитно валежи, осигуряват ранно предупреждение за водния стрес. Термични инфрачервени сензори откриват аномалии в температурата на балдахина, които показват недостиг на вода в растенията. Тези показатели се хранят с планове за готовност за суша и помагат на правителствата да разпределят аварийните водни доставки по-ефективно.

Оценка на подземните води

Докато дистанционното наблюдение не може да измерва пряко нивата на подземните води, то осигурява косвени показатели като слягане на сушата (измерено от InSAR), промени в повърхностните водни тела и влажните влажни тела. GRACE (Възстановяване на гравитацията и експериментиране на климата) сателитите са революционизирали мащабното наблюдение на подземните води чрез откриване на промени в гравитационното поле на Земята, причинени от общи вариации на съхранението на вода. Тези данни са били инструмент за разкриване на изчерпването на водните ресурси в региони като Централната долина в Калифорния и равнината на Северен Китай, което е довело до реформи в политиката за ограничаване на добива на подземни води.

Картиране на незаконно изтегляне на вода и нашествия

Високорезолюционни сателитни изображения могат да идентифицират неоторизирани точки за извличане на вода, като например незаконни кладенци, построени в защитени зони или нелицензирани отклонения от реките. Промяната в алгоритмите за откриване на нови инфраструктури или променени модели на водни потоци. В страни, където кражбата на вода е основно предизвикателство, дистанционното отчитане на доказателства е използвано за прилагане на регулации, намаляване на конфликтите и осигуряване на справедливо разпределение между потребителите.

Снежната опаковка и наблюдението на глетчерите

В планински райони, сняг и лед служат като естествени водоеми. Дистанционни системи като MODIS на НАСА и сателитите на Сентинел-2 осигуряват ежедневно покритие на снежно покритие, еквивалент на снежна вода (като се използват пасивни микровълнови данни) и скорости на отстъпление на ледниците. Тази информация се подава в прогнозирането на водоснабдяването за земеделие и производство на водноелектрическа енергия надолу по веригата.

Управление на наводненията и оценка на риска

Радарните сензори като Сентинел-1 и RADARSAT са особено ефективни за картографиране на наводненията, защото те могат да придобият изображения чрез облачно покритие и през нощта. Почти реално време картите на наводненията помагат на аварийните мениджъри да координират реакцията, да оценяват щетите и маршрутите за евакуация. Историческите данни за наводненията, получени от сателитните архиви, подкрепят създаването на карти за риск от наводнения, които са от съществено значение за планирането на земята и развитието на застрахователната политика.

Ползите от интегриране на дистанционното усещане в политиката за водите

Включването на данни от дистанционното наблюдение в политиките за управление на водите предлага осезаеми предимства пред традиционните наземни методи.

  • Изгубено-ефективно широкомащабно наблюдение: Наземните мрежи за мониторинг са скъпи за инсталиране и поддържане, особено в отдалечени или трансгранични райони. Дистанционното наблюдение осигурява непрекъснато покритие на част от разходите за квадратен километър.
  • Исторически архиви на данни за анализ на тенденциите[: Много сателитни записи се удължават с четири десетилетия или повече. Тази дългосрочна перспектива позволява на политиците да откриват климатични промени, да оценяват ефективността на минали политики и да сравняват текущите условия спрямо историческите норми.
  • Постигане на реално време и почти реално време за ранно предупреждение[: Сателитните наблюдения могат да бъдат обработени и разпространявани в рамките на часове. Тази скорост е от решаващо значение за оперативни решения като освобождаване на вода от язовири преди наводнение или активиране на протоколи за реакция на сушата.
  • Преки трансгранични прозрачност и сътрудничество: В трансгранични речни басейни дистанционното наблюдение предлага обективен източник на данни, който всички рапиарски държави могат да използват. Това намалява споровете за разпределение на водата и подкрепя съвместните рамки за управление (напр. използването на сателитни данни от Комисията по река Меконг).
  • Интеграция с хидрологични модели и системи за подпомагане на решения: Данните от дистанционното наблюдение се предават в модели, които предвиждат наличието на вода, разпределят ресурси и симулират сценарии за управление. Правителствата могат да извършват "какво ако" анализи, които включват наблюдаваното използване на земята и климатични променливи.
  • Намаляване на разходите за проучване на място и логистика[: Като заменя или допълва полеви кампании, дистанционното отчитане спестява време, труд и пари, освобождавайки бюджети за други политически приоритети като поддръжка на инфраструктурата или общностен обмен.

Предизвикателствата и ограниченията

Въпреки трансформиращия си потенциал, приемането на дистанционното наблюдение във водната политика е изправено пред няколко препятствия.

Ограничения за пространствено и времево разрешаване

Сателити с свободен и отворен достъп (напр. Landsat, Sportitum-2) обикновено осигуряват пространствена резолюция от 10 .30 метра, която може да бъде недостатъчна за наблюдение на малки водни тела или тесни потоци. По-високо-резолюция търговски данни (под-метър) съществуват, но често е разход-защита за рутинен мониторинг. Времевата резолюция също представлява предизвикателство: някои сателити reviewit на едно и също място на всеки няколко дни, но пропуски по време на критични събития (напр., флаш наводнение) може да се случи.

Намеса в облачното покритие

Оптичните сензори не могат да виждат през облаците, което ги прави ненадеждни в постоянно облачните региони (напр. екваториални зони по време на дъждовни сезони). Докато радарните сензори (напр. Сентинел-1) преодоляват това ограничение, тълкуването на техните данни изисква специализирани алгоритми и те не могат да предоставят същата спектрална информация като оптичните данни.

Технически експертиза и инфраструктурни гапове

Много агенции за управление на водите в развиващите се страни нямат обучен персонал или изчислителна сила, за да се справят с големи набори от данни. Това създава зависимост от външна подкрепа и забавяне на интеграцията на политиката.

Утвърждаване на данните и наземно истинност

Без достатъчно наземни мрежи за наблюдение, продуктите, получени от сателит, могат да съдържат пристрастия. Решенията за политиката, основани единствено на невалидни данни от дистанционното наблюдение, могат да доведат до погрешни заключения (напр. подценяване на изчерпването на подземните води или надценяване на съхранението на резервоари).

Политика и институционални бариери

Дори когато съществува технически капацитет, институционалната инерция може да попречи на приемането на сателитни данни. Традиционните агенции може да не са склонни да променят отдавна установени процедури за мониторинг. Освен това правните рамки често не признават изрично сателитните данни като допустими доказателства за прилагане на правата на водата или за наблюдение на спазването на изискванията, въпреки че това постепенно се променя.

Изследвания на случаи: дистанционното усещане в действие

Калифорнийският мениджмънт на дроут

По време на тежката суша 2012 .2016 г. Калифорнийският департамент за водни ресурси използва сателитни данни от Landsat, MODIS и GRACE за наблюдение на снеговалежите, влагата в почвата и източването на подземните води. Данните оправдаха аварийните заповеди за ограничаване на водите и Закона за устойчиво управление на подземните води (СГМА), който възлага плановете за устойчивост на подземните води на ниво басейн. Калифорниянският отдел за водни ресурси от отдалечени източници продължава да интегрира тези наблюдения в решенията за разпределение на водите.

Трансгранично управление на водите в басейна Нил

Нил Басинът се бори дълго с споделянето на данни. Дистанционното наблюдение предлага неутрален източник на данни за мониторинг на водния баланс на езерото Виктория, водоемите на Синьо Нил и резервоарът на Големия етиопски Ренесансов язовир. Нийл Басин Инициатива е насърчило използването на валежи, получени от сателити, изпарения и данни за земната покривка, за да се подпомогне съвместното управление на водите. Сателитните наблюдения са били инструмент за оценка на степента на пълнене на резервоара и въздействието му надолу по веригата.

Националната водна мисия на Индия

Министерството на Индия Jal Shakti използва дистанционно наблюдение, за да наблюдава повърхностните водни тела, да оценява ефективността на напояването и да открива неоторизираните добиви на подземни води. Буванският портал (Индийската организация за космически изследвания) предоставя инструменти за картиране и за откриване на водни тела. Тези данни информират Националната политика за водите и плановете за разпределение на водата на държавно ниво, особено в районите, свързани със сушата като Махаращра и Раджастан.

Интеграция на дистанционното усещане в рамката на политиката за водите

За да се реализира пълното въздействие на политиката, дистанционното наблюдение трябва систематично да се интегрира в процесите на вземане на решения.

  • Достъпността на данните и отворените политики[: Правителствата следва да подкрепят безплатни и отворени програми за данни (като програмите "Коперник" и " Landsat") и да насърчават използването на стандартизирани формати на данни.
  • Сградата на капацитет: Обучението на мениджъри на вода, анализатори на политики и технически персонал е от съществено значение.
  • Развитие на удобни за потребителя инструменти: Уеб-базирани платформи, които доставят продукти с дистанционно отчитане в интуитивен формат (напр. арматурни табла за водна степен, индекси за суша) понижават бариерата за неексперти.
  • Правното признаване на сателитни доказателства[: Обновяването на законите за водите с цел изричното приемане на сателитни изображения като допустими доказателства в действията по прилагане на закона засилва спазването.
  • Мулти-сорс интеграция[: Дистанционното наблюдение трябва да допълва год. не заменя мониторинг на земята. Хибриден подход, който смуче сателит, във въздуха, и in situ наблюдения дава най-здравите политика в рамките на.

Международни организации като UN-Water и UNESCO InterGroundational Hydrological Programme активно насърчават използването на наблюдение на Земята за SDG мониторинг, по-специално SDG 6 (чиста вода и канализация).

Бъдещи указания

Следващото десетилетие обещава значителни постижения, които ще доведат до допълнително дистанционно отчитане в политиката за управление на водните ресурси.

  • Висшо спатотемперално решение от сателитните съзвездия: Компаниите и агенциите разгръщат съзвездия от малки спътници, които осигуряват ежедневна ревизия при резолюция под-метър (напр. Planet Labs, Maxar).Това ще позволи наблюдение на малки резервоари, канали и индивидуални напоителни връзки.
  • Хиперспектрални сензори: Бъдещи мисии като биологията и геологията на НАСА и сателитът EnMAP ще предлагат стотици тесни спектрални ленти, позволяващи точна дискриминация на замърсителите, алгаловите видове и параметрите на водната химия.
  • Изкуствена интелигентност и машинно обучение[: Автоматизирана класификация, откриване на промени и откриване на аномалии бързо ще превърне суровите сателитни данни в показатели, свързани с политиката. Моделите на AI могат да слеят сателитни данни с метеорологични прогнози и социално-икономически данни в подкрепа на адаптивно управление на водите.
  • Подобреният мониторинг на подпочвените води[: Предстоящи мисии (напр., GRACE Follow-On) и подобрените техники на InSAR ще подобрят способността ни да следим промените в съхранението на водните води с по-фини мащаби, като подкрепят политиките за управление на подземните води, основани на доказателства.
  • Интеграция с гражданската наука и IoT: Комбинирането на сателитни данни със наземни сензори и общностни наблюдения ще създаде гъста мрежа за наблюдение, която укрепва валидирането на политиката.

С настъпването на тези технологии, разходите за придобиване и обработка на данни от дистанционното наблюдение ще продължат да намаляват, като демократизират достъпа за районите с водно напрежение. Политиците, които инвестират в изграждането на капацитет за дистанционно отчитане, ще бъдат по-добре подготвени да се ориентират към предизвикателствата на водата в един затоплящ се свят.

От наблюдението на сушата и наводненията до изпълнението на ограниченията за добив и операциите на резервоарите за планиране, сателитните наблюдения осигуряват прозрачността, навременността и изчерпателността, необходими за изграждането на ефективни политики.