復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)勘察技術(shù)的運用研究

陸 虎

（中國有色金屬長沙勘察設(shè)計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

水文地質(zhì)勘察工作對于水資源的開發(fā)有著十分重要的基礎(chǔ)作用，只有詳細(xì)掌握水資源開發(fā)區(qū)域的水文地質(zhì)條件，才能有效開展水資源的開發(fā)工作。然而，一些區(qū)域的地形比較復(fù)雜，對這些區(qū)域的水文地質(zhì)條件開展勘察工作具有一定的困難。由于交通不便或一些其他因素，勘察人員無法深入到環(huán)境中開展勘察工作，導(dǎo)致得到的勘察數(shù)據(jù)不全面[1，2]。隨著水文勘察技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)研究人員做了大量研究[3-5]。遙感技術(shù)在水文地質(zhì)勘察中的應(yīng)用可以減少勘察人員到復(fù)雜地形區(qū)域的工作量，可以得到常規(guī)水文地質(zhì)勘察工作無法獲得的地質(zhì)信息[6]?；谏鲜龇治?，對復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)勘察技術(shù)開展研究，并將該技術(shù)運用到實際中，驗證所設(shè)計的復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)勘察技術(shù)的有效性。

1 復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)勘察技術(shù)研究

設(shè)計的復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)勘察技術(shù)主要包括獲取復(fù)雜地形區(qū)域的遙感信息及遙感圖像預(yù)處理和遙感圖像解譯，分別對其作具體闡述。

1.1 獲取地形區(qū)域的遙感圖像及圖像預(yù)處理

利用無人機搭載相機作為遙感平臺，根據(jù)復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)勘察要求，針對無人機的飛行路線，對該地區(qū)提前做好規(guī)劃，將該路線載入遙感平臺，遙感平臺的操作人員按照提前規(guī)劃好的航行路線對無人機操作。根據(jù)復(fù)雜地形地區(qū)的實際情況，在拍攝中途可以隨時調(diào)整無人機飛行的路線，還可以根據(jù)接收到的水文地質(zhì)的遙感數(shù)據(jù)，對部分復(fù)雜地形區(qū)域補拍。利用遙感平臺，對復(fù)雜地形區(qū)域的水文地質(zhì)情況展開拍攝，獲取地下水、水體等水文地質(zhì)信息數(shù)據(jù)，并將其存儲至遙感平臺中。在得到復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)的遙感數(shù)據(jù)后，受到復(fù)雜地形區(qū)域地表物體、遙感平臺航行過程受到的天氣因素等的影響，該遙感數(shù)據(jù)不能直接被使用，要利用某些方法對遙感數(shù)據(jù)作相應(yīng)的預(yù)處理，預(yù)處理流程如圖1所示。

圖1 遙感圖像預(yù)處理流程

如圖1所示，首先，對遙感數(shù)據(jù)作輻射校正。受大氣和遙感平臺中傳感器因素的影響，獲取到的遙感數(shù)據(jù)存在一定的輻射誤差，該輻射誤差在遙感圖像上的表現(xiàn)為圖像的亮度值過大。通過對傳感器參數(shù)的校正，對遙感數(shù)據(jù)作輻射校正。其次，對遙感數(shù)據(jù)作幾何校正。遙感圖像發(fā)生了與復(fù)雜地形區(qū)域的實際地面大小不準(zhǔn)確、地面物體的形狀不規(guī)則等幾何位置的變化，通過空間變換和灰度值法對遙感圖像作幾何校正，具體步驟如下：在復(fù)雜地形區(qū)域的遙感圖像中以及與其對應(yīng)的地形圖中，選取典型的地物，將其作為幾何校正的控制點，根據(jù)該點的大地坐標(biāo)和遙感圖像坐標(biāo)這兩種空間坐標(biāo)，通過一定的數(shù)學(xué)變換，對該點作幾何校正。兩個坐標(biāo)之間的轉(zhuǎn)換公式如公式（1）所示：

在公式（1）中，Q、P代表輸入圖像中的像元的坐標(biāo)，x、y代表大地圖像的像元的坐標(biāo)，a、b代表兩個空間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換系數(shù)，M代表階數(shù)。通過公式（1）建立兩個空間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換關(guān)系，對遙感圖像作幾何校正。在完成幾何校正后，通過影像鑲嵌，將多幅遙感影像拼接，使遙感影像片段成為一幅完整的圖像。根據(jù)圖像的特點，利用圖像的光譜特征，重組圖像，在對重組之后的圖像作相應(yīng)的變換，得到融合圖像。最后，通過遙感圖像增強，提高遙感圖像的清晰度，使復(fù)雜地形區(qū)域的水文地質(zhì)信息突出出來。

1.2 遙感圖像解譯

在對復(fù)雜地形區(qū)域的遙感圖像作預(yù)處理后，通過遙感圖像解譯，提取復(fù)雜地形區(qū)域的水文地質(zhì)信息。首先，對復(fù)雜地形區(qū)域的地貌作解譯。利用遙感圖像，先識別出地貌類型的基本形態(tài)及其與其他景觀的關(guān)系，利用解譯軟件，按照一定的解譯規(guī)則，針對復(fù)雜地形區(qū)域的地貌特征，結(jié)合圖像的色調(diào)等特征，對復(fù)雜地形區(qū)域的地質(zhì)、水文、植被等信息作分析。在解譯過程中，地貌信息在遙感圖像中所呈現(xiàn)出來的是不同色調(diào)構(gòu)成的幾何圖形，先解譯出地貌的類型（比如平原、山地等），在做出類型判斷的基礎(chǔ)上，利用遙感圖像中圖形的點、線、面等方面，對地貌的特點作詳細(xì)分析。除了地貌信息，還要對地質(zhì)信息解譯。通過對遙感圖像的分析，確定復(fù)雜地形區(qū)域的巖層性質(zhì)、地層結(jié)構(gòu)，得到復(fù)雜地形區(qū)的地質(zhì)信息，并為該區(qū)域的地下水位的分布情況提供相關(guān)的參考資料。其中，對于巖石的判別，主要依據(jù)巖石的波譜特性，該性質(zhì)在遙感圖像中以不同的色調(diào)表現(xiàn)出來。在判斷巖石的性質(zhì)后，利用不同巖性形成的水系不同這一特征，將該特征作為水文地質(zhì)條件的一種輔助解譯標(biāo)志。同樣，對于地層巖性，先將其分為三類，根據(jù)地層巖性，為水文地質(zhì)條件的勘察提供參考。對于地下水信息的遙感分析，根據(jù)水體在遙感圖像中具有的明顯的波譜特性，通過選擇適宜的合成波段，可以有效對地下水信息做出判斷。通常，在提取水體信息時，受到含水物質(zhì)等其他因素的影響。含水較少的物質(zhì)，其遙感圖像的反射率高的特點，在遙感圖像中，含水多的區(qū)域的色調(diào)較暗一些，含水少的區(qū)域色調(diào)較亮一些。結(jié)合上述特點，利用地下水的遙感信息，對復(fù)雜地形區(qū)域的地下水作分析。綜上，通過對地貌、地質(zhì)信息解譯，將其作為地下水的輔助資料，通過對地下水的遙感分析，實現(xiàn)對復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)的勘察。至此，完成復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)勘察技術(shù)的設(shè)計。

2 實驗

以C地區(qū)為例，將設(shè)計的復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)勘察技術(shù)應(yīng)用其中，驗證其是否可有效實現(xiàn)對該地區(qū)水文地質(zhì)的勘察。

2.1 區(qū)域概況

該地區(qū)面積為150.6km2，其走向總體上呈西高東低，高程范圍為186.0m～215.2m。該地區(qū)的地貌主要為沙丘、沙地和水泡子的形態(tài)。其中，沙丘的類型屬于多個類型，很多地段呈農(nóng)田、固定沙丘交錯的形態(tài)。地形起伏相對較大，相對高度大約為15m，最高可達(dá)28m。該地區(qū)的氣候條件為：春季較干旱、大風(fēng)天氣較多，夏季多雨。秋季較干旱、少雨，冬季比較干燥。降水量的變化較大，多年平均降水量為345.68mm，從1996年來，最小降水量為213.56mm，最大降水量為562.13mm。降水時間段較為集中，通常在6月至8月期間降水，此期間的降水量占全年降水量的70.04%。其含水層分為中細(xì)砂含水層和砂礫石含水層，屬于半干旱地區(qū)。

2.2 實驗過程

利用無人機搭載相機搭建遙感平臺，獲取該復(fù)雜地形區(qū)域的遙感數(shù)據(jù)，通過輻射校正、幾何校正、影像鑲嵌和圖像增強對其作預(yù)處理后，對該地區(qū)的遙感圖像作解譯。利用ENVI軟件，對A地區(qū)獲取到的遙感圖像作處理，結(jié)合得到的遙感圖像，對該地區(qū)的水文地質(zhì)條件展開分析工作。

2.3 實驗結(jié)果

通過遙感技術(shù)得到的C地區(qū)A區(qū)的地形地貌示意圖如圖2所示。

圖2 A區(qū)地形地貌遙感圖

從圖2中可以看出，該地區(qū)地勢較為平坦，沙丘多分布在平坦區(qū)域，水土條件較為良好，有相當(dāng)小面積的部分區(qū)域為甸子地。結(jié)合以往的相關(guān)水文地質(zhì)資料，該地區(qū)的地層巖性以砂巖為主。綜上，提出的復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)勘察技術(shù)能夠有效實現(xiàn)對該地區(qū)的勘察工作。

3 結(jié)語

采用常規(guī)技術(shù)對復(fù)雜地形區(qū)域的水文地質(zhì)開展勘察工作具有一定的困難，而遙感技術(shù)正好可以彌補其不足。基于遙感技術(shù)，設(shè)計了復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)勘察技術(shù)，并將其運用到實際的勘察工作中，實驗結(jié)果證明了提出的復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)勘察技術(shù)能夠有效完成對復(fù)雜地形區(qū)域水文地質(zhì)的勘察工作。希望設(shè)計的勘察技術(shù)能為該方面的研究提供一定的參考價值。