遙感技術在水文地質勘察中的應用

河北省地質測繪院，河北 廊坊 065000

1 遙感技術的概述

遙感技術是20世紀60年代興起的一種探測技術，最初常被用來幫助衛星、飛機等飛行器探測目標。又因為它能得到周期性的實時信息，逐漸被用于氣象觀測、地圖測繪、資源考察和軍事偵察等。隨著遙感技術的發展，衍生了遙感地質學學科。通過大力開發遙感圖像處理軟件，將目標物體的本質、特征以及變化規律進行更加準確的表達，從而應用于水文地質的研究[1]。遙感技術的引進對水文地質勘察工作有極大的促進作用，通過分析遙感技術提取的圖像，可以推測出地下土層的一些基本構造信息，進而推斷出最有優勢的儲水結構。這種先進的技術不僅可以提升勘察的工作效率和準確度，還可以減少勘察人員的工作量，從而更好地進行水文地質勘察。

在水文地質勘察域領，遙感技術具有如下應用優勢：（1）獲取資料的周期短、速度快。遙感技術能及時地獲取各個地區的有效信息，以便更新原有資料，或根據新舊資料變化進行動態監測，這是人工實地勘測和航空攝影測量所無法比擬的。（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時，根據不同波段的可見光對物體不同的穿透性，獲取地面物體的相關信息。（3）受地質條件影響小。遙感技術在進行勘察時不受高山、冰川等特殊地質條件的影響，從而更好地完成勘察工作。

2 遙感技術在水文地質勘探中的應用方法

2.1 熱紅外監測法

熱紅外監測法是通過測量地面溫度得到熱紅外遙感圖像，進而判斷有無地下水的一種技術方法。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、熱容量大會表現出冷異常，反之則是熱異常[2]。通常情況下還會應用此方法繪制出相應的地下圖并做好標記。對于某些干旱和半干旱地區，地下水尤為重要，它是維持人類生活的最低指標；對于非干旱地區，地下水和農業等密切相連，因此，熱紅外監測法可以非常有效地對地下水進行勘察。

2.2 遙感模型法

遙感模型法是將遙感、數學和模型相融合，對地下水進行分析的一種方法。應用遙感技術獲得遙感圖像后，結合根據水文情況建成定量評價模型，對地下水關系進行探索、分析、監測，進而評估地下水資源信息，并根據不同程度的波長和數據繪制相關信息圖表。

2.3 環境遙感信息分析法

環境遙感信息分析法是根據與地下水相關的環境信息，如湖泊、植被等，對地下水資源情況進行推測的一種方法。因為這些環境信息都體現在遙感圖像上，所以使用時需要剔除相關環境信息。環境遙感信息分析法和熱紅外監測法的原理相同，都是通過從遙感圖像提取關于植被、地形、環境的信息，分析濕度、溫度等因素，從而確定有無地下水。在非干旱地區，環境信息通常和地下水資源沒有太大的相關性，這是因為該地區的環境信息會受到多方面因素的影響，如人類活動、氣候等，所以遙感圖像上的絕大多數信息都是不準確且沒有參考意義的。在干旱地區，由于人工灌溉和大氣降水較少，環境信息往往不會有太大的影響，因此干旱地區的環境遙感圖像可以作為地下水信息判斷的依據。在半干旱地區，只要外部環境變化不大，通過對植物和動物的生存情況進行分析，也可以獲取地下水信息。

3 遙感技術在水文地質勘察中的應用步驟

3.1 數據獲得及選取

遙感技術對水文地質圖像的獲取主要采用對地物成像波長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，因此需要結合自身勘察的部分波長形態對信息進行有效的提取，以此獲得準確、適合的信息。在遙感技術的應用分析中，環境因素的影響是非常大的，并且隨著時節的變更，獲得的影像資料也會隨之變化，如果時節選取得不準確，便會對后續信息造成不同程度的影響。另外，由于目標具有多樣性的特點，因此不同的目標有不同的要求，而合理的比例尺對圖像物體分析更為有利。數據的獲得與選取只是遙感技術信息勘察中的第一步，做好這一步，才能為其他研究打下堅實的基礎。

3.2 數據處理

當受到天氣、氣候等外界環境的影響時，傳輸回的圖像信息便會出現畸變現象，進而影響解讀結果。因此，當出現此類現象時，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學坐標，對圖像出現明顯變化、行列分布不均和地面大小不符等發生畸形的每個位置進行分析，再一一校正。輻射校正處理法主要是針對大氣中存在的一些物質和傳感器的輻射，為了對其進行有效的解決，通常是采用傳感器的參數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發生明顯的變化，校正這些變化的地方，便可以得到準確、有效的圖像。

3.3 地貌信息解讀

在數據獲得和處理后，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 遙感技術在水文地質勘察中的實際應用

4.1 監測降水量

現在通常將遙感技術和衛星、雷達結合在一起，收集降水量的空間與分布等數據，并根據這些數據獲得當地降水量的具體信息。衛星通常被用來監測大范圍的降水量，而雷達的監測范圍比較小，但是更為準確。雷達通過監測空氣中降水粒子對電磁波產生的影響，從而實現對降水量的監測，但是當天氣嚴峻，即降水粒子密集時，雷達監測就無法給出準確的降水量數據，因此通常會采用衛星與雷達同時進行監測的方法。

4.2 監測地表和土壤水分

地表上有很多重要的信息，這些信息對地表上存在的生物和環境都會產生影響，也和人們的生活息息相關，因此對地表和土壤水分的監測顯得尤為必要。遙感技術在監測地表信息的最大優勢在于能直觀地表現地表的復雜特征，地表特征通常包括地表發射率、地面溫度等，而遙感技術對識別水體、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，對土壤水分的監測也是非常必要的。

4.3 監測蒸發量

蒸發量包括水面、土壤和植被等元素的蒸發，蒸發作用在不同環境中的表現是不一樣的，而蒸發量的多少直接影響水量、能量的平衡。遙感技術在監測蒸發量上是“行家”，包括眾多監測方法，而且運用衛星收集數據的方法也多種多樣。

4.4 監測徑流量

某一時段內通過河流某一過水斷面的水量被稱為徑流量。水循環的主要環節就是徑流，徑流量是平衡水量的一個基本且重要的因素。但是徑流量的測量比較復雜，之前只能通過建立水文模型來估算徑流量，而隨著遙感技術的發展，應用遙感技術收集徑流量更為便捷、即時以及全面。因此在測量徑流量時，通常將遙感技術與水文模型結合起來，以此實現對徑流量的監測。

4.5 預防災害

遙感技術不僅可以收集水文地質方面的數據，監測降水量、蒸發量、徑流量和地表土壤水分，當發生旱災、洪澇等極端天氣時，通過監測可以預防災害、減少財產損失。

4.6 保持水土平衡

水土平衡又稱為農田用水供需平衡，指一個地區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。我國水土流失嚴重、水土不平衡等問題嚴重制約著社會的可持續發展。遙感技術作為水土研究工作中的重要手段，對于監測土壤水分流失、保持水土平衡至關重要。

5 結束語

根據水文地質勘察研究工作，遙感技術有效地提高了地質調查工作的質量與效率。遙感技術不僅可以加快勘察的進度，還可以提升的水文地質勘察能力，從而推動我國水文地質的快速發展。但是現階段的遙感技術仍然一些不足之處，應該不斷對該技術進行完善和更新，解決現有問題，提高地質勘查的準確度。