遙感技術在水文地質勘察中的應用

高 陽，李婷婷，朱永亮

（商丘工學院，河南 商丘 476000）

遙感技術主要是通過探測遠距離的目標所輻射和反射的電磁波信息來獲取目標物體的位置和大小等相關信息，進而在進行水文地質勘察作業時能夠對探測目標的情況進行了解，并為后續工作提供相應的信息[1]。隨著科學技術不斷發展，遙感技術也被廣泛應用于農業、海洋領域、地質、水文、軍事等領域。水文地質勘察作為水文地質工作中的重要組成部分，其主要是通過對水文地質勘察數據進行收集和整理，并利用遙感探測技術來分析勘察數據，進而為以后的水文地質工作提供依據。

1 遙感技術概述

遙感技術從實際上就是通過遠距離的探測、感知事物本質的一種技術，其主要是通過對電磁波的產生以及傳播的過程當中所涉及的一些物理知識進行研究和了解，并將這些物理知識與遙感技術相結合，從而使其能夠形成一種具有獨特作用的遙感技術[2]。通過不同波段電磁輻射產生的反射和輻射，將地球表面上各種物體所發出的電磁波譜進行分類和統計，進而在一定程度上將地表覆蓋物反射和輻射電磁波，并對這些目標信息進行分析處理，從而為后續相關工作提供必要依據。

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。熱紅外傳感器能夠對太陽輻射進行直接探測，從而得到地面溫度曲線。地表溫度通常會反映出大氣中的水分含量和熱量狀況，因此通過觀測地表溫度曲線就可以獲取大氣中水汽和熱量狀況[3]。而由于大氣中存在大量的非電離輻射和自由電子，因此地表溫度曲線還能夠反映出地物本身的輻射能量，因此利用此方法可以獲得很好的地下水勘察結果。利用熱紅外監測法對地下水進行勘察時，通常需要利用兩個傳感器：一個是熱紅外傳感器，另一個是大氣壓力傳感器。在布置熱紅外傳感器時，要注意安裝位置的合理性和安放的數量，在測量數據之后還要能夠快速判斷數據是否準確[4]。大氣壓力傳感器則可以將其放置在井孔的上方，以方便進行監測工作。利用熱紅外監測法主要可以獲取地表溫度曲線、地表溫度分布圖以及土壤表面溫度分布圖，由此使得水文勘察的效果能夠得到優化提升。

2.2 遙感模型法

遙感模型法是將遙感、數學和模型相融合，而后再對地下水進行分析的方法。具體方法為先對遙感數據進行提取，然后通過數學模型進行計算，進而對地下水資源進行評價。遙感技術可以從三個方面著手：第一，通過將數據信息提取出來。第二，通過對模型的構建和分析，實現水文地質的相關數據信息。第三，通過將模型融合在一起形成綜合的預測結果，并且可以根據遙感波長以及測繪數據繪制完整的信息表格。遙感技術是一種新型的數據信息采集技術，在水文地質勘察中應用可以大大提高工作效率[5]。

2.3 環境遙感信息分析法

環境遙感信息分析法主要是通過分析圖像中的植被信息和周圍環境信息，來確定是否有地下水。具體來說，就是根據圖像上植被的分布情況判斷是否有水源。在確定沒有水源后，還需要從衛星圖像中排除植被密集區域，對沒有水的區域進行進一步探測。該方法主要是對水體、湖泊、沼澤等具有一定參考價值的區域進行遙感監測，進而推測出有無地下水。在應用中，還需要注意一些問題，如圖像是否穩定，圖像上的植被面積是否足夠大等。在實際應用中，這些問題都會影響遙感效果的準確性。此外，當植被與地形的分布情況發生變化時，會導致圖像失去其原有特性，不能很好地反映出地形變化的狀況；如果地表植被分布較多，或者是地形起伏較大時，還需要對該區域進行補充監測。這就要求在實際應用中注意以下幾點：首先，不要為了采集地表植被覆蓋而破壞已有的土壤結構；其次，要注意環境信息的采集和分析工作。當周圍環境條件發生變化時，要及時對采集工作進行調整；最后，還要考慮遙感儀器的使用效率如何。

3 遙感技術在水文地質勘察中的實際應用

3.1 監測降水量

遙感技術的主要作用就是獲取和分析降水信息，其具體方法有多種，但是總體而言主要有以下兩種：一是利用光學圖像數據進行降水量的監測，二是通過雷達等其他技術方法對其進行監測。遙感技術對地下水地質勘察工作具有重要作用。首先，通過對遙感數據進行分析可以了解降水的具體情況。例如，利用光學圖像數據和雷達圖像數據監測降水量具有明顯的優勢，可以更好地了解降水量的空間分布情況。遙感技術監測降水量具有高效率、高精度等特點，其對于野外水文地質勘察工作而言具有重要作用。其次，雷達能夠有效監測空氣中降水粒子對電磁波產生的影響，由此實現對降水量的有效監測，而當降水粒子密集時，雷達監測往往難以發揮精準檢測的效果，由此需要將衛星與雷達同時結合起來進行監測。

3.2 監測地表和土壤水分

監測地表和土壤水分是遙感技術在水文地質勘察中的重要應用，這一技術的應用能讓人們對水文地質勘察工作產生更加直觀的認知。遙感技術能夠直觀有效地監測地表的復雜特征，精準地獲得地表發射率、地面溫度等數據內容，由此使得地表和土壤水分監測的效果能夠得以充分凸顯。除此之外，將遙感技術應用于監測地表和土壤水分也能對優化提高土地利用率和覆蓋率發揮重要作用，進而為后續的水文地質規劃提供良好的基礎保障[6]。

3.3 監測蒸發量

水文地質勘察過程中，可以通過遙感技術監測到水文地質體的蒸發量。遙感技術能夠監測到的地表蒸發作用，主要是通過氣象觀測獲取有關的數據來完成。例如，可以對氣象觀測所得的數據進行分析，從而計算出所需要的蒸發量，再對其進行整理、計算等。然后將結果呈現出來，這也是水文地質勘察過程中所要實現的主要目標之一。遙感技術在監測蒸發量上是“行家”，其中涵蓋了眾多的監測方法，由此使得衛星收集數據的方式更加多樣化，這也將為有效監測水文的蒸發量提供良好的技術保障。

3.4 監測徑流量

在進行水文地質勘察時，利用遙感技術監測徑流量是比較常見，也是比較實用的。這主要是因為通過遙感技術測量徑流量與水文模型模擬徑流量有所不同，前者主要是在特定區域內開展觀測、收集數據等工作，后者主要是通過數學模型進行計算。隨著遙感技術的發展，將其融入監測徑流量的過程中將能夠更加的便捷和全面，進而使得徑流量監測的數據精準性能夠得到充分優化和提升。

4 遙感技術在水文地質勘察中的具體應用要點

4.1 數據的獲取和選擇

信息獲取方面主要有數據的獲取和數據處理兩個方面。對于數據的獲取主要是從遙感影像資料中提取有關水文地質的信息，對其進行分析、分類并提取相關圖像的內容和信息。這一過程中，主要需要從兩個方面來考慮：一是如何獲得相應的影像資料；二是如何將圖像信息提取出來，以滿足研究需要。

通常情況下采用人工遙感方式，根據不同時期和不同區域對于同一數據的需求進行處理，這種方法能夠更加高效地滿足實際需求。首先是人工遙感在數據采集中所占比重較大，所需要花費時間也就比較多。在數據獲取中需要注意兩個問題：一是如何將獲得的圖像資料進行處理；二是如何對資料處理進行分類和識別。

由于地理位置、氣候情況、地貌特征等因素對數據采集造成了較大影響，因此需要結合實際條件對資料做出相應處理。針對不同地區需要選取不同類型的遙感影像，比如：在華北地區選擇TM 系列進行影像獲取，因為這一系列影像波段分布較為集中，并且在一定程度上能夠反映出地下地質情況；在西北地區可選擇TM(5)4/7 系列來進行獲取；對于南方地區應采用TM(8)6/7 系列來提供圖像支持。

4.2 遙感信息技術的數據處理

對于遙感信息技術來說，獲取到的數據往往具有多角度和多種光譜信息，對于如何利用這些多角度和多光譜來分析出水文地質勘察數據就是一個值得研究并且需要解決的問題。

從遙感成像中得到圖像所呈現出來的一系列物理性質和信息內容而言，在成像過程中會受到大氣折射以及其他因素的影響。在這種情況下，為了能夠更好地獲取目標區域環境參數、地貌參數、地下水文參數以及植被覆蓋等信息內容，盡可能地獲取能滿足地質勘探的相關資料，并確保地質資料詳細全面，需要針對原始圖像進行處理。原始圖像采集所采用的方式是直接用相機對地面進行拍攝獲得圖像數據信息，而這種方法在一定程度上會對成像設備造成磨損。因此必須要根據圖像采集時間和區域來確定其分辨率或者拍攝角度等。當傳感器到達目標區域后，要對其進行拍攝并且獲得相關圖像信息內容。這一過程也就是從接收到信號到成像過程所經歷的一系列處理過程：首先是信號識別處理，通過信號識別目標影像中所包含的各種相關物理信息和各種屬性。比如光譜信息等；其次就是數據處理，在這個階段需要針對原始圖像信息進行處理并對其進行分類識別；最后便是對采集回來的數據進行傳輸和記錄等步驟工作實現成像。

由于在實際獲取過程中存在一些隨機誤差存在于原始圖像里，為了能夠更好地對圖像所獲取到的信息做出相應判斷以及分析，輻射校正和幾何校正工作以及反求輻射誤差工作也是處理遙感影像數據所必不可少的重要環節。

4.3 地貌信息的解讀

在遙感技術中，地貌信息的解讀也是利用遙感技術的一個重要部分。在地質勘察中，地貌信息對水的影響非常大，因此要及時、準確地對地表數據進行整理與分析。遙感技術在水文地質勘察中的應用主要是提取地表植被覆蓋和水資源分布情況以及地貌信息進行分析，因此在提取數據時要選擇適當的方法,地貌信息采集的時候，需要考慮到采集方法的適用性和可靠性，但有些水文資料是隱藏于地表以下的，比如地表上可能存在著大量的植被或其他的附著物。由于地形對地表植被覆蓋存在較大的影響，所以在遙感圖像采集過程中要將地形進行分類處理與統計，并進行分析與處理，提高數據的精度質量。

一般情況下都是以數字高程模型作為主要數據采集手段和數據處理手段。數字地形模型是由遙感技術與地質測量技術共同構建而成的一種數字模型。由于地理環境具有特殊性，因此在測繪時必須要根據特殊的地理條件和測繪任務要求進行合理、準確地選擇測繪基準系統與數據采集系統。數字高程模型一般是根據大地測量基礎建立的，其具有一定數量和精度，但是其本身并不能準確地反映地表實際地貌分布情況。因此，為了使數字高程模型更好地完成水文地質勘察任務，一般都要進行相應測量工作來獲取真實地形信息。

目前，大多數地區對地形數據和地貌信息采用不同方法和模式對其進行提取與應用：首先是通過遙感影像數據進行提取分析，再將不同地區遙感影像中地貌信息提取出來并記錄在相應區域內；其次是基于現有的地貌數據對遙感影像進行分類處理工作。在遙感圖像處理之前首先要將地表圖像進行截取以及波段處理工作。截取地表圖像時根據不同目的可以分為兩種做法：一是將整個圖片按比例尺比例分割成小片；二是直接將小片分割成若干區域然后提取區域內影像信息。

5 結語

總而言之，遙感技術在水文地質勘察當中主要是通過對各種數據信息進行收集整理，然后將其以一定格式存儲在計算機當中從而形成相關數據庫。隨著信息社會不斷發展和進步，遙感技術也在不斷發展中逐漸形成一種新型的綜合技術，其能夠基于不同物體的波長對地下斷層以及裂縫等地形地勢進行判斷，同時還能夠精準識別地下的古河或者干河，由此將能夠使得地質勘探的信息數據得到有效收集和應用，進而為研究地下區域水的儲存量、水質情況以及地下河流水的變化規律提供良好的技術保障。