遙感技術(shù)在水文地質(zhì)中的應(yīng)用

劉 濤，陳 鋒，康 劍，鄭 勇

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆昌吉831100）

遙感技術(shù)在水文地質(zhì)中的應(yīng)用

劉 濤*，陳 鋒，康 劍，鄭 勇

（新疆地礦局第二水文工程地質(zhì)大隊(duì)，新疆昌吉831100）

隨著科技的發(fā)展，越來越多的現(xiàn)代化技術(shù)手段與工具被運(yùn)用到水文地質(zhì)工作當(dāng)中，在水文研究方面發(fā)揮著重要的作用，尤其是遙感技術(shù)在水文工作中的應(yīng)用，很大程度上促進(jìn)了水文地質(zhì)解譯工作，為解決一些水文地質(zhì)問題起到了推動(dòng)作用。對(duì)遙感技術(shù)的概念、在地質(zhì)學(xué)科中的發(fā)展以及遙感技術(shù)在水文地質(zhì)勘查工作中運(yùn)用進(jìn)行了闡述。

遙感技術(shù)；地質(zhì)；水文地質(zhì)勘查；應(yīng)用

遙感技術(shù)是一種新興的綜合性探測(cè)技術(shù)；而遙感地質(zhì)學(xué)是由遙感技術(shù)廣泛應(yīng)用于地質(zhì)工作而發(fā)展起來的一門新興的邊緣學(xué)科。隨著航天事業(yè)的飛躍發(fā)展,遙感地質(zhì)學(xué)也得到迅速發(fā)展。目前,遙感地質(zhì)學(xué)已成為許多地質(zhì)工作中不可缺少的新技術(shù)手段,并為地質(zhì)學(xué)的發(fā)展提供了許多新的信息和資料。

1 遙感技術(shù)在地質(zhì)學(xué)科中的發(fā)展

1.1 遙感技術(shù)概述

遙感的意思是指在遙遠(yuǎn)的地方能夠感知物體的基本特征，而遙感技術(shù)也正是通過遙感器的使用，在太空中實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的檢測(cè)與探查地球地表物體的特征，并對(duì)這些特征進(jìn)行分類和利用的技術(shù)。遙感技術(shù)的出現(xiàn)伴隨著光學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和空間科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，由20世紀(jì)30年代的航空攝影技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來并在20世紀(jì)60年興起而被應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域?，F(xiàn)代遙感技術(shù)的支撐為電磁波理論，由遙感平臺(tái)、遙感儀器、信息處理、接收與分析應(yīng)用等組成。地球上的各種物體都具有不同的波譜特性，遙感技術(shù)中的遙感儀器也正是依據(jù)這一特點(diǎn)，根據(jù)不同物體所發(fā)射和反射的不同電磁波來達(dá)到感知與探測(cè)其性質(zhì)、狀態(tài)和數(shù)量的目的。

1.2 遙感地質(zhì)學(xué)的發(fā)展

遙感地質(zhì)工作開始于航空攝影剛剛問世的年代。1913年在利比亞曾用航空攝影鑲嵌圖編制了本戈遜地區(qū)的油田地質(zhì)圖。20世紀(jì)50～60年代世界各國大量應(yīng)用了航空地質(zhì)工作方法。航空地質(zhì)在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查中發(fā)揮了很大作用。

我國早在20世紀(jì)50年代就普遍進(jìn)行了以地形制圖為主要目的黑白航空攝影,并在區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查、水庫和鐵路工程地質(zhì)調(diào)查等工作中使用了航空相片。20世紀(jì)70年代后期,地質(zhì)部建立了遙感地質(zhì)中心；其后各省先后成立了遙感地質(zhì)隊(duì)；石油、鐵道、水利等系統(tǒng)也相繼成立了以遙感地質(zhì)為主的遙感中心。目前,遙感地質(zhì)的發(fā)展和推廣,已經(jīng)使常規(guī)地質(zhì)調(diào)查工作發(fā)生了深刻的變化。近年來,隨著衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展和遙感圖像處理軟件的開發(fā),遙感地質(zhì)學(xué)得到高速發(fā)展。

2 遙感技術(shù)在水文地質(zhì)工作中的應(yīng)用

任何生產(chǎn)建設(shè)工程項(xiàng)目的安排,都應(yīng)首先查明該地區(qū)的水文地質(zhì)條件。在水文地質(zhì)勘查的各個(gè)階段,充分運(yùn)用航空相片、衛(wèi)星圖像的解譯和其它遙感手段,使我們能更準(zhǔn)確地掌握該地區(qū)地下水形成、貯存、運(yùn)動(dòng)特征、水質(zhì)、水量的變化規(guī)律,為地下水利用和排除措施的制訂,提供水文地質(zhì)依據(jù)。

2.1 水文地質(zhì)測(cè)繪

水文地質(zhì)測(cè)繪是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的工作。利用遙感圖像解譯地貌、水體和含水巖體,具有效果明顯的特點(diǎn)。通過對(duì)遙感圖像的解譯,能夠迅速地總結(jié)出該地區(qū)的水文地質(zhì)規(guī)律。1981年,地礦部就提出要求:在區(qū)域水文地質(zhì)普查工作中,應(yīng)用遙感技術(shù)主要是對(duì)衛(wèi)星相片和航空相片進(jìn)行水文地質(zhì)解譯,解決某些地質(zhì)和水文地質(zhì)問題。這個(gè)工作必須貫穿整個(gè)水文地質(zhì)普查的全過程,作為設(shè)計(jì)、野外工作、室內(nèi)資料整理和報(bào)告編寫的一個(gè)組成部分。在水文地質(zhì)測(cè)繪工作中應(yīng)用遙感技術(shù),效果是很突出的。首先是勾繪的地質(zhì)界線(特別是第四紀(jì)地質(zhì)界線)準(zhǔn)確可靠,地貌研究比較深入透徹,還可以得到隱伏斷裂和活動(dòng)斷裂的較為準(zhǔn)確的資料；其次是由于遙感圖像能清楚地反映水系、水體、濕地、地下水淺埋帶、泉水和泉水溢出帶等與水文地質(zhì)密切有關(guān)的現(xiàn)象,能比較準(zhǔn)確地判斷地下水補(bǔ)給、徑流、排泄等水文地質(zhì)條件；另外,用遙感技術(shù)可以大大加快水文地質(zhì)普查速度,特別是在自然條件復(fù)雜、交通困難地區(qū)的普查工作中,更能顯其優(yōu)越性。

2.2 地下水資源的調(diào)查

用遙感地質(zhì)方法尋找地下水及估算地下水資源,在我國開展得很普遍,不論是在基巖山區(qū)還是在松散堆積區(qū),都能取得很好的效果。在這項(xiàng)工作中,首先對(duì)航空、航天圖像進(jìn)行地質(zhì)解譯,找到富水的含水層分布區(qū)或富水構(gòu)造；然后根據(jù)水文地質(zhì)鉆探的試驗(yàn)資料、已有的各種開采井的資料和水文物探資料,進(jìn)行綜合分析及水資源的計(jì)算和評(píng)價(jià)。由于遙感圖像解譯得到的含水層和含水構(gòu)造的邊界相當(dāng)準(zhǔn)確,所以用遙感技術(shù)進(jìn)行地下水資源調(diào)查,可以取得非常好的效果。

2.3 礦區(qū)水文地質(zhì)勘查

近年來,發(fā)生了多起礦井透水事故,造成了很大的人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。當(dāng)然這與礦主為了經(jīng)濟(jì)利益而盲目、不合理開采有關(guān),但一個(gè)很主要的原因就是沒有查明礦區(qū)的水文地質(zhì)條件,沒有查明礦區(qū)的含水層的分布和地質(zhì)構(gòu)造。

利用遙感圖像的解譯,就可以有效地查明含水層的分布和地質(zhì)構(gòu)造,能夠做到合理布置礦井,進(jìn)行有計(jì)劃開采。這對(duì)于有效地減少礦井透水事故的發(fā)生,減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失具有重大意義。

2.4 水利工程的水文地質(zhì)勘查

水庫區(qū)的水文地質(zhì)勘查主要解決水庫向鄰谷或庫底的滲漏情況和滲透量問題。在水文地質(zhì)調(diào)查的各階段,通過對(duì)庫區(qū)航天圖像、航空相片的地質(zhì)解譯,結(jié)合地面調(diào)查和鉆探工作,能夠快速并準(zhǔn)確地查明庫內(nèi)及庫岸的巖層透水性、透水巖層的走向、泉水的出露點(diǎn)及水庫與鄰谷地帶巖層透水性可能滲漏的方向。

根據(jù)這些水文地質(zhì)條件,可做出河谷區(qū)到分水嶺地段內(nèi)各不同時(shí)期的地下水等水位線圖,并為繪制綜合工程地質(zhì)圖提供條件。在我國三峽水利樞紐、二灘水電站、飛來峽水利樞紐等許多大型工程都應(yīng)用了遙感技術(shù),并取得重要成果。

2.5 其它水文地質(zhì)工作

遙感技術(shù)在海島淡水水源調(diào)查、地?zé)崴牡刭|(zhì)調(diào)查、環(huán)境水文地質(zhì)調(diào)查等方面都能發(fā)揮較好的作用。利用紅外遙感技術(shù)在尋找古河道和河漫灘中的富水地段,可準(zhǔn)確地看出各種地表水體的形狀和分布,找出地下水露頭的位置、大小和數(shù)量；在沿海及島嶼上尋找淡水；研究巖溶區(qū)水文地質(zhì)條件(探測(cè)隱伏溶洞、巖溶水運(yùn)動(dòng)方向等)；還可探測(cè)地下熱水的埋藏條件。

3 水文遙感技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

3.1 可一次性獲取大范圍內(nèi)的地物信息

遙感技術(shù)具有探測(cè)范圍大的特點(diǎn)，尤其是陸地衛(wèi)星的軌道高度可以到達(dá)910km左右，一次取相就能覆蓋到實(shí)際的地面范圍約34225km2左右。這種寬闊的取相視域與水文工作中人工實(shí)地勘測(cè)相比具有很大的優(yōu)勢(shì)，從而也突顯出人工實(shí)地調(diào)查的局限性如由于視域阻礙而造成勘測(cè)效率低等。

3.2 信息量大，全天候監(jiān)測(cè)

遙感技術(shù)在獲得可見光波信息的同時(shí)也可以獲得可見光波以外的信息如紅外線、紫外線、微波波段的信息，從而能夠通過成像來使肉眼看不到的物體特征表現(xiàn)出來，很大程度的擴(kuò)展了在水文工作中的觀測(cè)信息量。同時(shí)遙感技術(shù)可以不受植被、冰層、云霧的影響達(dá)到觀測(cè)的目的，從而實(shí)現(xiàn)全天候觀測(cè)，能夠擴(kuò)充水文勘測(cè)的調(diào)查量，也能夠更好地認(rèn)識(shí)水文變化的規(guī)律。

3.3 收集資料方便，沒有地域局限性

在水文工作中，人工作業(yè)受到很多地面條件的限制，如高山冰雪地區(qū)、海洋地區(qū)、沙漠地區(qū)和一些人煙稀少的地區(qū)，在這些地區(qū)中工作人員因?yàn)榇嬖谝欢ǖ陌踩L(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能收集完整，而遙感技術(shù)在水文工作中的應(yīng)用很好地化解了這一問題，遙感技術(shù)不受地域的限制，不受國界限制，能夠全方位的實(shí)現(xiàn)資料與數(shù)據(jù)的收集，使水文工作中的資料與數(shù)據(jù)更加全面化，使水文研究能夠更加科學(xué)與準(zhǔn)確。

3.4 收集資料快捷

遙感技術(shù)中的陸地衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)全球覆蓋成像的周期僅僅為16～18d，如果多顆衛(wèi)星同時(shí)工作，能夠使探測(cè)周期成倍縮小，而水文工作中的人工作業(yè)實(shí)地勘測(cè)的時(shí)間則比較長，而且要受到很多因素的干擾，所以遙感衛(wèi)星與人工作業(yè)相比更加便捷，能夠在較短時(shí)間內(nèi)掌握最全的資料，有利于水文工作者掌握不同地區(qū)水文的變化規(guī)律。

4 結(jié)語

水文地質(zhì)勘查在任何生產(chǎn)建設(shè)工程項(xiàng)目中都具有很重要的作用。通過遙感技術(shù)在水文地質(zhì)工作中的應(yīng)用,可以有效、快速、準(zhǔn)確地查明該地區(qū)的水文地質(zhì)條件,提供各種水文地質(zhì)資料。近年來,遙感技術(shù)的快速發(fā)展,特別是我國航天技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用衛(wèi)星的開發(fā),以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,都給水文地質(zhì)工作提供了良好的條件。這些先進(jìn)的遙感技術(shù)在水文地質(zhì)勘查中的應(yīng)用,對(duì)促進(jìn)水文地質(zhì)勘查工作的發(fā)展,具有重大意義。

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1004-5716(2015)04-0179-03

2014-05-05

2014-05-05

劉濤（1982-），男（漢族），山東肥城人，工程師，現(xiàn)從事水文地質(zhì)、工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)方面的工作。