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第十二章新技术方法在水文地质工作中的应用
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一、引言
遥感技术在地下水研究中的应用主要有以下几个方面:
1. 遥感图像显示地表特征。到目前为止,遥感获取的地下水信息大多通过定性推理和半定量的方法获取,并与水文地质数据相结合,使其具有实际意义。
一般来说,遥感中应用的电磁波来源于地表或地表以下较浅土层(少于1m)的辐射或反射,因此,深层含水层不能利用遥感直接探测。然而,遥感技术为水文地质学家提供了常规地球物理方法以外的一种有效方法。地质学家可以通过航空和卫星像片解译得到的地表特征来推测含水层的位置。从卫星图像中还可以获取地面调查甚至低空航空相片所无法得到的地面信息。在植被灌层覆盖稠密的地区,雷达能穿透地表覆盖物,显示地表特征,因此雷达图像在揭示地形起伏和地表粗糙度方面很有价值。
2. 航空地球物理学,如航空磁测调查,也能提供地面以下的信息,但因为分析结果的不唯一性,必须对所获得的数据进行合理解释。非地面的微波传感器具有一定的穿透能力,但仅能获取一定条件下的信息,如粗粒物质、地质条件简单和水位较浅的地区的信息。在一些特殊情况下,微波图像能呈现沙漠中部分被掩埋的古河网;从热红外图像上能直接识别裂隙带。然而,这些现象经常是偶然才出现的。
二、一般方法
航空像片用于地下水的初步探测已经有许多年的历史,近来逐渐被卫星图像数据取代,特别是陆地卫星Landsat系列。卫星图像可以提供区域的概略特征、大尺度区域的地表特征,而这些在航空图像和地面调查中往往是不能获取的。通过卫星图像可以推断出岩石类型、结构、地层以及地层中岩石的组成。在野外调查的基础上,根据卫星图像上的地面采样点进行插值,与单独进行野外调查的方法相比,更能准确地确定地表结构,同时更加经济。总体来说,对航空相片或卫星图像的分析应该在实地调查之前进行,这样可以排除含水层较低的地层,确定需进一步调查的区域。通过遥感数据能够提取的地下水信息量的多少,取决于区域地质、气候条件和地表覆盖类型等因素。在干旱和半干旱区,由于地表覆盖物较少,所以很容易从遥感图像上解译出地质特征。在有植被覆盖的地方,由于地表覆盖物和下伏地层之间联系紧密,所以航空和卫星图像的解译结果需要结合实地调查和验证。
断层、断裂带和其它线性构造的存在表明可能含有地下水。类似的,沉积地层或特定的岩石地层的露头,表明其可能是潜在含水层。因为遥感方法主要限于地表特征的研究,所以利用遥感研究地下水的第一步主要是地表特征和地貌形态的描述。
浅层地下水可以通过土壤含水量、植被类型变化和模式来推定。在一个流域盆地中,地下水的补给区和排泄区可以通过土壤、植被和浅层或滞水含水层特征来推测出。
通过遥感监测地表温度的变化已经用于推断和确定浅层地下水、泉或泄流。这些温度的变化主要是由地下水的高热容量在夏季产生热沉,在冬季产生热源所导致。近地表的土壤、土壤水分和植被温度快速响应气象条件,而地下水的温度变化则以日和季节为周期而衰减。
合成孔径雷达数据(SAR)在地下水监测中有很大的潜力,特别是在干旱和过度干旱的区域。长波雷达的穿透能力和雷达探测土壤含水量的能力,使得SAR在干旱区地下水探测中成为一个很有价值的工具。机载侧视雷达(SLAR)已经成功地用于编制全球范围的构造特征图,而在此之前由于永久云层的覆盖或厚植被的影响,全球范围的构造特征图一直没有编制成功。与此同时构造特征图还可以用陆地卫星来辅助解译。
三、卫星图像在地下水研究中的应用
卫星图像包含了许多地质和水文信息,但这些信息必须通过对图像进行分析和解译才能获得。解译的参数包括地貌类型、排水模式、植被特性、土地利用方式、线性和弯曲的构造特征以及图像色调和纹理等。在干旱区,植被特性可能反映地下水的深度和水质状况。卫星数据是全球范围制图和地质调查的唯一数据源,其它信息源或不存在或不精确。
分析卫星图像是区域研究中最有效的方法,也是快速、经济地获取地下水信息的方法。区域范围大、分辨率低的图像,比单点的测试井更适合获取总体含水层信息。对陆地卫星或SPOT图像解译的意义在于:
(1)减少不必要的实地勘察;
(2)更详细的确定需研究和实地调查的区域;
(3)获取新的、更好的地质和水文信息;
(4)具有其它勘察方法所不能实现的大区域视野。
然而,需要强调的是,遥感仅仅是一种提供信息源的手段。它不能取代地下水水文地质学家所常用的传统技术手段,如地貌图、地震和抗震调查,地面探测雷达等等。但由于卫星图像的某些独特的特性,使它在地下水勘探方面具有特殊的价值。
四、图像分析原理
卫星图像是地表特征的本质反映,由反映景观的自然、生物结构和人文特征要素组成。这些是图像分析的线索。相似