遙感技術(shù)在水文地質(zhì)勘察中的應(yīng)用

河北省地質(zhì)測(cè)繪院，河北 廊坊 065000

1 遙感技術(shù)的概述

遙感技術(shù)是20世紀(jì)60年代興起的一種探測(cè)技術(shù)，最初常被用來幫助衛(wèi)星、飛機(jī)等飛行器探測(cè)目標(biāo)。又因?yàn)樗艿玫街芷谛缘膶?shí)時(shí)信息，逐漸被用于氣象觀測(cè)、地圖測(cè)繪、資源考察和軍事偵察等。隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，衍生了遙感地質(zhì)學(xué)學(xué)科。通過大力開發(fā)遙感圖像處理軟件，將目標(biāo)物體的本質(zhì)、特征以及變化規(guī)律進(jìn)行更加準(zhǔn)確的表達(dá)，從而應(yīng)用于水文地質(zhì)的研究[1]。遙感技術(shù)的引進(jìn)對(duì)水文地質(zhì)勘察工作有極大的促進(jìn)作用，通過分析遙感技術(shù)提取的圖像，可以推測(cè)出地下土層的一些基本構(gòu)造信息，進(jìn)而推斷出最有優(yōu)勢(shì)的儲(chǔ)水結(jié)構(gòu)。這種先進(jìn)的技術(shù)不僅可以提升勘察的工作效率和準(zhǔn)確度，還可以減少勘察人員的工作量，從而更好地進(jìn)行水文地質(zhì)勘察。

在水文地質(zhì)勘察域領(lǐng)，遙感技術(shù)具有如下應(yīng)用優(yōu)勢(shì)：（1）獲取資料的周期短、速度快。遙感技術(shù)能及時(shí)地獲取各個(gè)地區(qū)的有效信息，以便更新原有資料，或根據(jù)新舊資料變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，這是人工實(shí)地勘測(cè)和航空攝影測(cè)量所無法比擬的。（2）獲取的方法多、信息量大。通過不同的波段和不同的遙感儀器可以獲取所需信息。采用紫外線等可見光探測(cè)時(shí)，根據(jù)不同波段的可見光對(duì)物體不同的穿透性，獲取地面物體的相關(guān)信息。（3）受地質(zhì)條件影響小。遙感技術(shù)在進(jìn)行勘察時(shí)不受高山、冰川等特殊地質(zhì)條件的影響，從而更好地完成勘察工作。

2 遙感技術(shù)在水文地質(zhì)勘探中的應(yīng)用方法

2.1 熱紅外監(jiān)測(cè)法

熱紅外監(jiān)測(cè)法是通過測(cè)量地面溫度得到熱紅外遙感圖像，進(jìn)而判斷有無地下水的一種技術(shù)方法。通過地表濕度和溫度的變化情況來判斷地下是否有水資源。白天太陽照射地物，溫度隨之升高，地物濕度越大，圖像因增溫慢、熱容量大會(huì)表現(xiàn)出冷異常，反之則是熱異常[2]。通常情況下還會(huì)應(yīng)用此方法繪制出相應(yīng)的地下圖并做好標(biāo)記。對(duì)于某些干旱和半干旱地區(qū)，地下水尤為重要，它是維持人類生活的最低指標(biāo)；對(duì)于非干旱地區(qū)，地下水和農(nóng)業(yè)等密切相連，因此，熱紅外監(jiān)測(cè)法可以非常有效地對(duì)地下水進(jìn)行勘察。

2.2 遙感模型法

遙感模型法是將遙感、數(shù)學(xué)和模型相融合，對(duì)地下水進(jìn)行分析的一種方法。應(yīng)用遙感技術(shù)獲得遙感圖像后，結(jié)合根據(jù)水文情況建成定量評(píng)價(jià)模型，對(duì)地下水關(guān)系進(jìn)行探索、分析、監(jiān)測(cè)，進(jìn)而評(píng)估地下水資源信息，并根據(jù)不同程度的波長(zhǎng)和數(shù)據(jù)繪制相關(guān)信息圖表。

2.3 環(huán)境遙感信息分析法

環(huán)境遙感信息分析法是根據(jù)與地下水相關(guān)的環(huán)境信息，如湖泊、植被等，對(duì)地下水資源情況進(jìn)行推測(cè)的一種方法。因?yàn)檫@些環(huán)境信息都體現(xiàn)在遙感圖像上，所以使用時(shí)需要剔除相關(guān)環(huán)境信息。環(huán)境遙感信息分析法和熱紅外監(jiān)測(cè)法的原理相同，都是通過從遙感圖像提取關(guān)于植被、地形、環(huán)境的信息，分析濕度、溫度等因素，從而確定有無地下水。在非干旱地區(qū)，環(huán)境信息通常和地下水資源沒有太大的相關(guān)性，這是因?yàn)樵摰貐^(qū)的環(huán)境信息會(huì)受到多方面因素的影響，如人類活動(dòng)、氣候等，所以遙感圖像上的絕大多數(shù)信息都是不準(zhǔn)確且沒有參考意義的。在干旱地區(qū)，由于人工灌溉和大氣降水較少，環(huán)境信息往往不會(huì)有太大的影響，因此干旱地區(qū)的環(huán)境遙感圖像可以作為地下水信息判斷的依據(jù)。在半干旱地區(qū)，只要外部環(huán)境變化不大，通過對(duì)植物和動(dòng)物的生存情況進(jìn)行分析，也可以獲取地下水信息。

3 遙感技術(shù)在水文地質(zhì)勘察中的應(yīng)用步驟

3.1 數(shù)據(jù)獲得及選取

遙感技術(shù)對(duì)水文地質(zhì)圖像的獲取主要采用對(duì)地物成像波長(zhǎng)的不同來解讀圖像特征[3]。由于遙感資料的種類繁多、信息量大，因此需要結(jié)合自身勘察的部分波長(zhǎng)形態(tài)對(duì)信息進(jìn)行有效的提取，以此獲得準(zhǔn)確、適合的信息。在遙感技術(shù)的應(yīng)用分析中，環(huán)境因素的影響是非常大的，并且隨著時(shí)節(jié)的變更，獲得的影像資料也會(huì)隨之變化，如果時(shí)節(jié)選取得不準(zhǔn)確，便會(huì)對(duì)后續(xù)信息造成不同程度的影響。另外，由于目標(biāo)具有多樣性的特點(diǎn)，因此不同的目標(biāo)有不同的要求，而合理的比例尺對(duì)圖像物體分析更為有利。數(shù)據(jù)的獲得與選取只是遙感技術(shù)信息勘察中的第一步，做好這一步，才能為其他研究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3.2 數(shù)據(jù)處理

當(dāng)受到天氣、氣候等外界環(huán)境的影響時(shí)，傳輸回的圖像信息便會(huì)出現(xiàn)畸變現(xiàn)象，進(jìn)而影響解讀結(jié)果。因此，當(dāng)出現(xiàn)此類現(xiàn)象時(shí)，必須立即處理遙感圖像信息，處理方法包括幾何校正處理法和輻射校正處理法。幾何校正處理法是通過建立地面數(shù)學(xué)坐標(biāo)，對(duì)圖像出現(xiàn)明顯變化、行列分布不均和地面大小不符等發(fā)生畸形的每個(gè)位置進(jìn)行分析，再一一校正。輻射校正處理法主要是針對(duì)大氣中存在的一些物質(zhì)和傳感器的輻射，為了對(duì)其進(jìn)行有效的解決，通常是采用傳感器的參數(shù)來校正遙感圖像的畸形位置，而判斷輻射校正位置的方法是觀察圖像，受到電磁輻射的地方會(huì)發(fā)生明顯的變化，校正這些變化的地方，便可以得到準(zhǔn)確、有效的圖像。

3.3 地貌信息解讀

在數(shù)據(jù)獲得和處理后，得到地表的處理圖像，然后解讀處理圖像，得出地貌信息。地貌信息在遙感圖像上是非常直觀的，可以通過顏色不同以及顏色深淺不同來得到水資源分布、植被資源分布以及山丘、溝壑、平原等不同的地貌特征，這樣有利于更直觀地解讀地貌信息。

4 遙感技術(shù)在水文地質(zhì)勘察中的實(shí)際應(yīng)用

4.1 監(jiān)測(cè)降水量

現(xiàn)在通常將遙感技術(shù)和衛(wèi)星、雷達(dá)結(jié)合在一起，收集降水量的空間與分布等數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)獲得當(dāng)?shù)亟邓康木唧w信息。衛(wèi)星通常被用來監(jiān)測(cè)大范圍的降水量，而雷達(dá)的監(jiān)測(cè)范圍比較小，但是更為準(zhǔn)確。雷達(dá)通過監(jiān)測(cè)空氣中降水粒子對(duì)電磁波產(chǎn)生的影響，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)降水量的監(jiān)測(cè)，但是當(dāng)天氣嚴(yán)峻，即降水粒子密集時(shí)，雷達(dá)監(jiān)測(cè)就無法給出準(zhǔn)確的降水量數(shù)據(jù)，因此通常會(huì)采用衛(wèi)星與雷達(dá)同時(shí)進(jìn)行監(jiān)測(cè)的方法。

4.2 監(jiān)測(cè)地表和土壤水分

地表上有很多重要的信息，這些信息對(duì)地表上存在的生物和環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生影響，也和人們的生活息息相關(guān)，因此對(duì)地表和土壤水分的監(jiān)測(cè)顯得尤為必要。遙感技術(shù)在監(jiān)測(cè)地表信息的最大優(yōu)勢(shì)在于能直觀地表現(xiàn)地表的復(fù)雜特征，地表特征通常包括地表發(fā)射率、地面溫度等，而遙感技術(shù)對(duì)識(shí)別水體、提高土地利用率和覆蓋率等方面都有著重要的意義。土壤水分又被稱為土壤濕度，它是地下水和地表水交換的中間元素，由此可見，對(duì)土壤水分的監(jiān)測(cè)也是非常必要的。

4.3 監(jiān)測(cè)蒸發(fā)量

蒸發(fā)量包括水面、土壤和植被等元素的蒸發(fā)，蒸發(fā)作用在不同環(huán)境中的表現(xiàn)是不一樣的，而蒸發(fā)量的多少直接影響水量、能量的平衡。遙感技術(shù)在監(jiān)測(cè)蒸發(fā)量上是“行家”，包括眾多監(jiān)測(cè)方法，而且運(yùn)用衛(wèi)星收集數(shù)據(jù)的方法也多種多樣。

4.4 監(jiān)測(cè)徑流量

某一時(shí)段內(nèi)通過河流某一過水?dāng)嗝娴乃勘环Q為徑流量。水循環(huán)的主要環(huán)節(jié)就是徑流，徑流量是平衡水量的一個(gè)基本且重要的因素。但是徑流量的測(cè)量比較復(fù)雜，之前只能通過建立水文模型來估算徑流量，而隨著遙感技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用遙感技術(shù)收集徑流量更為便捷、即時(shí)以及全面。因此在測(cè)量徑流量時(shí)，通常將遙感技術(shù)與水文模型結(jié)合起來，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)徑流量的監(jiān)測(cè)。

4.5 預(yù)防災(zāi)害

遙感技術(shù)不僅可以收集水文地質(zhì)方面的數(shù)據(jù)，監(jiān)測(cè)降水量、蒸發(fā)量、徑流量和地表土壤水分，當(dāng)發(fā)生旱災(zāi)、洪澇等極端天氣時(shí)，通過監(jiān)測(cè)可以預(yù)防災(zāi)害、減少財(cái)產(chǎn)損失。

4.6 保持水土平衡

水土平衡又稱為農(nóng)田用水供需平衡，指一個(gè)地區(qū)在一定種植制度下所需水量與水資源供水量之間的平衡狀況。我國(guó)水土流失嚴(yán)重、水土不平衡等問題嚴(yán)重制約著社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。遙感技術(shù)作為水土研究工作中的重要手段，對(duì)于監(jiān)測(cè)土壤水分流失、保持水土平衡至關(guān)重要。

5 結(jié)束語

根據(jù)水文地質(zhì)勘察研究工作，遙感技術(shù)有效地提高了地質(zhì)調(diào)查工作的質(zhì)量與效率。遙感技術(shù)不僅可以加快勘察的進(jìn)度，還可以提升的水文地質(zhì)勘察能力，從而推動(dòng)我國(guó)水文地質(zhì)的快速發(fā)展。但是現(xiàn)階段的遙感技術(shù)仍然一些不足之處，應(yīng)該不斷對(duì)該技術(shù)進(jìn)行完善和更新，解決現(xiàn)有問題，提高地質(zhì)勘查的準(zhǔn)確度。