復雜地形區域水文地質勘察技術的運用研究

陸 虎

（中國有色金屬長沙勘察設計研究院有限公司，湖南 長沙 410000）

水文地質勘察工作對于水資源的開發有著十分重要的基礎作用，只有詳細掌握水資源開發區域的水文地質條件，才能有效開展水資源的開發工作。然而，一些區域的地形比較復雜，對這些區域的水文地質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境中開展勘察工作，導致得到的勘察數據不全面[1，2]。隨著水文勘察技術的發展，相關研究人員做了大量研究[3-5]。遙感技術在水文地質勘察中的應用可以減少勘察人員到復雜地形區域的工作量，可以得到常規水文地質勘察工作無法獲得的地質信息[6]。基于上述分析，對復雜地形區域水文地質勘察技術開展研究，并將該技術運用到實際中，驗證所設計的復雜地形區域水文地質勘察技術的有效性。

1 復雜地形區域水文地質勘察技術研究

設計的復雜地形區域水文地質勘察技術主要包括獲取復雜地形區域的遙感信息及遙感圖像預處理和遙感圖像解譯，分別對其作具體闡述。

1.1 獲取地形區域的遙感圖像及圖像預處理

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

圖1 遙感圖像預處理流程

如圖1所示，首先，對遙感數據作輻射校正。受大氣和遙感平臺中傳感器因素的影響，獲取到的遙感數據存在一定的輻射誤差，該輻射誤差在遙感圖像上的表現為圖像的亮度值過大。通過對傳感器參數的校正，對遙感數據作輻射校正。其次，對遙感數據作幾何校正。遙感圖像發生了與復雜地形區域的實際地面大小不準確、地面物體的形狀不規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：在復雜地形區域的遙感圖像中以及與其對應的地形圖中，選取典型的地物，將其作為幾何校正的控制點，根據該點的大地坐標和遙感圖像坐標這兩種空間坐標，通過一定的數學變換，對該點作幾何校正。兩個坐標之間的轉換公式如公式（1）所示：

在公式（1）中，Q、P代表輸入圖像中的像元的坐標，x、y代表大地圖像的像元的坐標，a、b代表兩個空間坐標的轉換系數，M代表階數。通過公式（1）建立兩個空間坐標的轉換關系，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，使復雜地形區域的水文地質信息突出出來。

1.2 遙感圖像解譯

在對復雜地形區域的遙感圖像作預處理后，通過遙感圖像解譯，提取復雜地形區域的水文地質信息。首先，對復雜地形區域的地貌作解譯。利用遙感圖像，先識別出地貌類型的基本形態及其與其他景觀的關系，利用解譯軟件，按照一定的解譯規則，針對復雜地形區域的地貌特征，結合圖像的色調等特征，對復雜地形區域的地質、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出來的是不同色調構成的幾何圖形，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分析。除了地貌信息，還要對地質信息解譯。通過對遙感圖像的分析，確定復雜地形區域的巖層性質、地層結構，得到復雜地形區的地質信息，并為該區域的地下水位的分布情況提供相關的參考資料。其中，對于巖石的判別，主要依據巖石的波譜特性，該性質在遙感圖像中以不同的色調表現出來。在判斷巖石的性質后，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條件的一種輔助解譯標志。同樣，對于地層巖性，先將其分為三類，根據地層巖性，為水文地質條件的勘察提供參考。對于地下水信息的遙感分析，根據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，受到含水物質等其他因素的影響。含水較少的物質，其遙感圖像的反射率高的特點，在遙感圖像中，含水多的區域的色調較暗一些，含水少的區域色調較亮一些。結合上述特點，利用地下水的遙感信息，對復雜地形區域的地下水作分析。綜上，通過對地貌、地質信息解譯，將其作為地下水的輔助資料，通過對地下水的遙感分析，實現對復雜地形區域水文地質的勘察。至此，完成復雜地形區域水文地質勘察技術的設計。

2 實驗

以C地區為例，將設計的復雜地形區域水文地質勘察技術應用其中，驗證其是否可有效實現對該地區水文地質的勘察。

2.1 區域概況

該地區面積為150.6km2，其走向總體上呈西高東低，高程范圍為186.0m～215.2m。該地區的地貌主要為沙丘、沙地和水泡子的形態。其中，沙丘的類型屬于多個類型，很多地段呈農田、固定沙丘交錯的形態。地形起伏相對較大，相對高度大約為15m，最高可達28m。該地區的氣候條件為：春季較干旱、大風天氣較多，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%。其含水層分為中細砂含水層和砂礫石含水層，屬于半干旱地區。

2.2 實驗過程

利用無人機搭載相機搭建遙感平臺，獲取該復雜地形區域的遙感數據，通過輻射校正、幾何校正、影像鑲嵌和圖像增強對其作預處理后，對該地區的遙感圖像作解譯。利用ENVI軟件，對A地區獲取到的遙感圖像作處理，結合得到的遙感圖像，對該地區的水文地質條件展開分析工作。

2.3 實驗結果

通過遙感技術得到的C地區A區的地形地貌示意圖如圖2所示。

圖2 A區地形地貌遙感圖

從圖2中可以看出，該地區地勢較為平坦，沙丘多分布在平坦區域，水土條件較為良好，有相當小面積的部分區域為甸子地。結合以往的相關水文地質資料，該地區的地層巖性以砂巖為主。綜上，提出的復雜地形區域水文地質勘察技術能夠有效實現對該地區的勘察工作。

3 結語

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