引論：我們?yōu)槟砹?篇淺析水文地質(zhì)學(xué)范文，供您借鑒以豐富您的創(chuàng)作。它們是您寫作時的寶貴資源，期望它們能夠激發(fā)您的創(chuàng)作靈感，讓您的文章更具深度。

淺析水文地質(zhì)學(xué):現(xiàn)代科技革命與水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展

水文地質(zhì)學(xué)是研究地下水的數(shù)量和質(zhì)量隨空間和時間變化的規(guī)律,以及合理利用地下水或防治其危害的學(xué)科,經(jīng)歷了長期的發(fā)展過程。人們早在遠古時代就已打井取水。中國已知最古老的水井是距今約5700年的浙江余姚河姆渡古文化遺址水井。古波斯時期在德黑蘭附近修建了坎兒井,最長達26km,最深達150m。但水文地質(zhì)學(xué)直到19世紀(jì)末才逐漸成為獨立的學(xué)科。恩格斯在一個多世紀(jì)前寫成《自然辯證法》標(biāo)志著自然辯證法的確立。為自然科學(xué)工作者提供了有力武器,其基本思想和基本觀點越來越顯示出強大的生命力。水文地質(zhì)學(xué)每一次較大的進步與發(fā)展,都滲透著辯證的哲學(xué)觀。

1古代哲學(xué)與水文地質(zhì)學(xué)

《周易》是自西周至東周不斷充實才完成的重要文獻,所引用的人事活動和自然現(xiàn)象的描述蘊含了人類早期科學(xué)萌芽和對自然現(xiàn)象的哲學(xué)思考。《周易》八卦中的坎代表水,兌代表澤,艮代表山,坤代表地。這些組合而成的彖、彖恰好表征了地下水的循環(huán)過程,當(dāng)代水文地質(zhì)學(xué)家以圖來詮釋,與水文學(xué)的描述相當(dāng)吻合。公元前7世紀(jì)的泰勒斯被稱為人類歷史上的及時個水科學(xué)家與及時個哲學(xué)家。泰勒斯認(rèn)為水與人與萬物的存活如此息息相關(guān),水的背后有些更深的法則與目的,他直接指出人可以思考有關(guān)水的“看不見”的意義,而非只是在“看得見”的使用,也許“看得見”的部份只是暫時的、多變的,而“看不見”的部份是永存的、不變的。

2近代水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展

自十九世紀(jì)末,水文地質(zhì)學(xué)成為一支獨立的學(xué)科以來,在多位水文地質(zhì)學(xué)家和水文地質(zhì)工作者的不懈努力下,水文地質(zhì)學(xué)從幼稚逐漸變得成熟,從單純的現(xiàn)象描述發(fā)展到定量化的理論研究上[1]。泰斯于1935年利用地下水非穩(wěn)定流與熱傳導(dǎo)的相似性,得出了地下水流向水井的非穩(wěn)定流公式即泰斯公式,把地下水定量計算推進到了一個新階段。20世紀(jì)中葉,蘇聯(lián)奧弗琴尼科夫和美國的懷特在水文地球化學(xué)方面做出了許多貢獻。到第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束時,在地下水的賦存、運動、補給、排泄、起源以至化學(xué)成分變化、水量評價等方面,均有了較為系統(tǒng)的理論和研究方法。水文地質(zhì)學(xué)已經(jīng)發(fā)展成為一門成熟的學(xué)科了。20世紀(jì)70～80年代,由于電子計算機技術(shù)的發(fā)展,地下水?dāng)?shù)學(xué)模擬成為處理復(fù)雜的水文地質(zhì)問題的主要手段。同時,同位素方法在確定地下水平均貯留時間,追蹤地下水流動等研究中得到應(yīng)用。遙感技術(shù)及數(shù)學(xué)地質(zhì)方法也被引進,用以解決水文地質(zhì)問題。隨著地下水污染、海水與咸水入侵淡含水層等問題的不斷產(chǎn)生,與地下水中溶質(zhì)遷移有關(guān)的問題開始受到重視。許多水文地質(zhì)學(xué)家正在通過室內(nèi)試驗、野外試驗與建立數(shù)學(xué)模型的辦法去解決有關(guān)問題。

3現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)科技革命

3.1 科學(xué)技術(shù)革命對水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展的影響

水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展過程中的歷次革命都是在科學(xué)技術(shù)革命及其產(chǎn)物的支持下完成的。首先對水文地質(zhì)學(xué)形成和發(fā)展具有重要意義的Darcy定律是H.Darcy受到電學(xué)中的歐姆定律和固體介質(zhì)中的熱傳導(dǎo)定律的啟發(fā)并通過試驗驗證得到的,三個定律的數(shù)學(xué)表達式相似,而歐姆定律和熱傳導(dǎo)定律早在Darcy定律出現(xiàn)之前就分別由歐姆和福里哀建立。其次對現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展和研究具有劃時代意義的Theis公式和描述滲流的基本微分方程也都是從熱傳導(dǎo)理論中演繹過來的。另外,目前在滲流理論中廣為應(yīng)用的數(shù)值法是在新科學(xué)技術(shù)革命的產(chǎn)物之一—— 計算機的促進下才得以蓬勃發(fā)展的,尤其是20世紀(jì)70年代末微型計算機的普及使得數(shù)值法在研究滲流問題時表現(xiàn)出了更大的靈活性和優(yōu)越性。現(xiàn)在計算機已滲人到水文地質(zhì)研究的各個領(lǐng)域,如勘查、編圖、開發(fā)、評價和管理等,正是在計算機幫助下,一些數(shù)學(xué)方法才得以用來解決水文地質(zhì)問題。在地下水的勘查和研究中,當(dāng)今廣泛使用的技術(shù)和方法如電法、磁法、遙感、放射性測量、同位素、Υ-Ν等均是科學(xué)技術(shù)革命的產(chǎn)物。這些方法和傳統(tǒng)方法結(jié)合起來,借助計算機,不但解決了許多原來無法解決的問題,而且使水文地質(zhì)學(xué)理論更豐富、更完善,并形成了多種交叉學(xué)科。

3.2 水文地質(zhì)學(xué)今后發(fā)展方向

水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展到今天,經(jīng)歷了近150年,現(xiàn)在人們在解決滲流問題時基本上都按照這一模式進行:定性分析建立水文地質(zhì)模型建立數(shù)學(xué)模型求解數(shù)學(xué)模型,這一模式通常稱為數(shù)學(xué)模式[3]。目前在世界范圍內(nèi)正興起一場以微電子技術(shù)和信息處理技術(shù)為中心的科學(xué)技術(shù)革命。新科學(xué)技術(shù)革命的主攻方向是智能信息科學(xué)技術(shù),主要歷史使命是建立智能科學(xué)理論,其核心是智能化,其科學(xué)、社會、經(jīng)濟效果將對人類產(chǎn)生巨大的沖擊,將變革現(xiàn)在科學(xué)內(nèi)部結(jié)構(gòu)。受新科學(xué)技術(shù)革命的影響,水文地質(zhì)學(xué)理論也將發(fā)生革命,解決水文地質(zhì)問題的智能信息模型和混沌模型將代替現(xiàn)有的數(shù)學(xué)模型;同時受新材料、光導(dǎo)纖維、新能源、空間、電子和計算機等多項新技術(shù)革命的影響,在地下水的勘查和研究方法上也將發(fā)生根本的變革,屆時目前水文地質(zhì)學(xué)上的一些難題將迎刃而解。

為了更好地發(fā)展當(dāng)代水文地質(zhì)學(xué),需要特別重視以下各類的學(xué)科交叉滲透:及時,根據(jù)研究目標(biāo)的需要,開展相關(guān)學(xué)科與水文地質(zhì)學(xué)相結(jié)合的研究;第二,將橫斷科學(xué)(系統(tǒng)論、信息論、控制論、超循環(huán)理論、耗散結(jié)構(gòu)理論、混沌學(xué)、分形理論等)引入水文地質(zhì)學(xué),充實與發(fā)展水文地質(zhì)學(xué)的理論與方法;第三,將水文地質(zhì)學(xué)與社會人文科學(xué)結(jié)合,加強軟科學(xué)研究。目前,及時類學(xué)科交叉的研究,已經(jīng)開始受到重視,但是,離開學(xué)科的真正融合,還有較大距離;第二類學(xué)科交叉的研究,已有不少探索性成果,但是,如何將橫斷科學(xué)系統(tǒng)引入水文地質(zhì)學(xué),要走的路還很長;第三類的學(xué)科交叉,則至今尚未引起足夠重視。

加強水文地質(zhì)學(xué)與社會人文科學(xué)的結(jié)合,其重要性如何強調(diào)也不為過。任何自然科學(xué)技術(shù)問題的解決,都無法回避人們的價值判斷與利益協(xié)調(diào)。因此,自然科學(xué)技術(shù)成果,需要借助于社會人文學(xué)科的支撐,逾越種種利益門檻,才有可能被社會所接受,否則,只能停留在紙面上,無法轉(zhuǎn)化為實實在在的生產(chǎn)力。

淺析水文地質(zhì)學(xué):淺析水文地質(zhì)學(xué)的系統(tǒng)概念及生態(tài)發(fā)展應(yīng)用

摘要：水文地質(zhì)學(xué)是研究地下水的一種科學(xué)，也稱地下水水文學(xué)。隨著地質(zhì)科學(xué)的迅速發(fā)展，水文地質(zhì)學(xué)形成一門比較完整、系統(tǒng)的獨立科學(xué)，是地學(xué)研究領(lǐng)域中重要的組成部分。從上個世紀(jì)70年代以來，水文地質(zhì)學(xué)又從地下水系統(tǒng)的研究，進一步擴大為研究地下水與人類圈內(nèi)由資源、環(huán)境、生態(tài)、技術(shù)、經(jīng)濟、社會組成的大系統(tǒng)。因此水文地質(zhì)學(xué)系統(tǒng)概念的研究目標(biāo)，開始轉(zhuǎn)入到研究整個水系統(tǒng)與自然環(huán)境系統(tǒng)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)之間相互交叉關(guān)系的新時期。同時，人類社會的發(fā)展，對地下水影響的加劇，致使地下水資源的供需矛盾和水質(zhì)好壞的矛盾日趨突出。人類活動將導(dǎo)致水文地質(zhì)條件的變化，并引起地下水資源的污染、水的枯竭及自然生態(tài)環(huán)境的破壞和惡化。因此，充分認(rèn)識水文地質(zhì)學(xué)的系統(tǒng)概念及生態(tài)發(fā)展應(yīng)用是造福人類社會可持續(xù)科學(xué)發(fā)展觀的重要使命。

關(guān)鍵詞：水文地質(zhì)學(xué)；系統(tǒng)；概念；生態(tài)；發(fā)展；應(yīng)用

前言 系統(tǒng)意為部分組成的整體，具有多元性、差異性、相關(guān)性。系統(tǒng)不存在孤立的元素組分，所有元素或組分間相互依存、相互作用、相互制約。研究系統(tǒng)概念就是把研究對象看作一個有機整體，從整體角度去考察、分析與處理問題的方法。水文地質(zhì)學(xué)與工程地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)（水工環(huán)）是地學(xué)研究中的三大組成部分，是人類生存發(fā)展的支持系統(tǒng)，它們是相互關(guān)聯(lián)的整體。所有，水文地質(zhì)學(xué)不是一個單一的科學(xué)，它是一個系統(tǒng)的科學(xué)。

水是生命之源，是人們賴以生存的寶貴資源。我國是淡水資源極缺乏的國家之一，加之自然災(zāi)害和人類活動的影響又對這一寶貴的資源造成非常大的破壞和惡化。水資源是可再生資源，但管理不當(dāng)會成為社會不穩(wěn)定因素之一。本文重在闡述地下水水文水資源的系統(tǒng)概念和其生態(tài)發(fā)展應(yīng)用，簡單粗略表達本人在學(xué)習(xí)應(yīng)用過程中的一點觀點，為未來的水文地質(zhì)學(xué)研究工作提供理論基礎(chǔ)。

1，現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)的系統(tǒng)概念和研究現(xiàn)狀

1.1系統(tǒng)的觀點在各個領(lǐng)域和科學(xué)中發(fā)揮著重大的意義，為理論研究提供了新的思維方式，為人們認(rèn)識世界和改造世界提供了富有成效現(xiàn)代化“工具”，有力的推動著現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展。在水文地質(zhì)領(lǐng)域最早提出了“自然水文系統(tǒng)”的概念和定義，隨后相繼提出有“含水層系統(tǒng)”，“地下水系統(tǒng)”及“水文地質(zhì)系統(tǒng)”等系統(tǒng)的概念，這些概念和理論為以后水文地質(zhì)科學(xué)發(fā)展產(chǎn)生深遠的意義，推動了現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)理論的發(fā)展。隨著學(xué)科的縱深發(fā)展，現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)的系統(tǒng)概論得到了整體想關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)歸納，即若干要素相互聯(lián)系、相互作用組成，具有一定結(jié)構(gòu)和功能的有機整體。在這里，要素是系統(tǒng)的一部分，也可以組成一個系統(tǒng)；結(jié)構(gòu)是諸要素中相互聯(lián)系、相互作用的形式和方式，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定是系統(tǒng)的功能。如水文地質(zhì)系統(tǒng)隨著水文地質(zhì)建造和改造作用的進行而不斷的演變，其巖溶作用、氣候、環(huán)境因素等制約著水巖作用的方式和強度，并控制著地下水系的形成、發(fā)展和消亡。顯然，這種整體的相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)思想為水文地質(zhì)學(xué)研究的進一步深入提供了新思路和方法。

1.2“水文地質(zhì)學(xué)”這一述語自19世紀(jì)初在歐洲被提出后，到現(xiàn)在200多年的發(fā)展和研究，使得這一科學(xué)日趨完善和成熟。在我國對地下水的認(rèn)識和開發(fā)利用，雖然有進千年的歷史（如打井取水）， 真正利用地質(zhì)科學(xué)的理論和方法，僅開端于上個世紀(jì)30年代。但水文地質(zhì)學(xué)，作為地質(zhì)科學(xué)內(nèi)一門獨立應(yīng)用地質(zhì)科學(xué)，僅在新中國成立以后才迅速發(fā)展起來。今天正處在水文地質(zhì)科學(xué)的成長期，是水資源水文地質(zhì)學(xué)與環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展時期，主要有系統(tǒng)論、系統(tǒng)工程、計算機技術(shù)等新理論、新技術(shù)的輸入，使我國的傳統(tǒng)水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展到一個研究水資源與環(huán)境問題為重點的現(xiàn)代水文地質(zhì)科學(xué)。

2，現(xiàn)代水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展方向和應(yīng)用

2.1通過系統(tǒng)理論對水文地質(zhì)學(xué)的歸納和概括，水文地質(zhì)系統(tǒng)包括了水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和地下水系統(tǒng)。三者相互依存，相互作用。地下水系統(tǒng)是水文地質(zhì)系統(tǒng)的具體表現(xiàn)。水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)是水文地質(zhì)系統(tǒng)具有不同功能的內(nèi)在依據(jù)，表征地下水的賦存條件和環(huán)境，通過水文地質(zhì)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的研究既能表征水的機制和作用，又能反映地下水的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)。從而整體把握地下水的分布、賦存、運動和演化的規(guī)律。地下水系統(tǒng)在其發(fā)展的基礎(chǔ)上又包括了其含水系統(tǒng)和地下流動水系統(tǒng)，含水系統(tǒng)是由若干隔水和相對隔水巖層組成，具有統(tǒng)一水力聯(lián)系的作用，地下水流動系統(tǒng)是指由源到匯的流面層構(gòu)成，具有統(tǒng)一時空演變過程的地下水體。現(xiàn)在科學(xué)的發(fā)展過程，是相互交叉和相互滲透、同步循環(huán)的前進科學(xué)，是產(chǎn)生新分支學(xué)科的動力。近年來，在水文地質(zhì)學(xué)研究發(fā)展方面，有區(qū)域水文地質(zhì)學(xué)、巖溶水文地質(zhì)學(xué)、遙感水文地質(zhì)學(xué)、環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)、污染水文地質(zhì)學(xué)、數(shù)學(xué)水文地質(zhì)學(xué)及水資源水文地質(zhì)學(xué)等；在新技術(shù)、新方法應(yīng)用研究方面，有計算機技術(shù)、遙感技術(shù)、同位素技術(shù)、自動檢測技術(shù)、室內(nèi)模擬技術(shù)及水質(zhì)分析技術(shù)等，以制圖水文地質(zhì)學(xué)、遙感水文地質(zhì)學(xué)與同位素水文地質(zhì)學(xué)，作為主要發(fā)展方向；在理論水文地質(zhì)學(xué)方面，將著重向水中水文地質(zhì)學(xué)發(fā)展；而應(yīng)用水文地質(zhì)學(xué)方面，將著重向環(huán)境水文地質(zhì)發(fā)展；今后水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展趨勢，可能演變?yōu)橘Y源環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)；在理論水文地質(zhì)學(xué)方面，將以滲透理論為基層，以水資源水文地質(zhì)學(xué)為重點，以模型研究為中心，加快開發(fā)三維地理信息系統(tǒng)在模型研究中的應(yīng)用。在應(yīng)用水文地質(zhì)學(xué)方面，將以環(huán)境水文地質(zhì)學(xué)及其分支學(xué)科，作為重要發(fā)展方向；在信息系統(tǒng)研究方面，將加強以數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、動態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)、遙感信息系統(tǒng)，以及專家決策系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用。綜上所述，現(xiàn)在水文地質(zhì)學(xué)的發(fā)展將有著廣泛的未來和前景，為社會的發(fā)展和人們生活的進步保駕護航。

2.2從可持續(xù)發(fā)展的理念出發(fā)，構(gòu)建人與自然協(xié)調(diào)、良性循環(huán)的地下水系統(tǒng)、水文地質(zhì)系統(tǒng)、地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)。以系統(tǒng)思想為指導(dǎo)，運用多科學(xué)的手段，發(fā)展向生產(chǎn)領(lǐng)域延伸并服務(wù)于人們大眾的科研應(yīng)用。在人是活動影響下，地下水的演變也會導(dǎo)致一系列復(fù)雜的物理、化學(xué)變化和生態(tài)效應(yīng)，對地下水系統(tǒng)、水文地質(zhì)系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)及生態(tài)系統(tǒng)造成損害。從發(fā)展應(yīng)用看：（1）地下水是一種寶貴的資源。地下水資源的應(yīng)用含蓋了工農(nóng)經(jīng)濟生活各領(lǐng)域，充分合理的利用和開發(fā)是當(dāng)下的重要形式。我國是農(nóng)業(yè)大國，水資源缺乏嚴(yán)重，其中60%耕地使用地下水灌溉，農(nóng)村95%的飲用水來自地下水；工業(yè)中的液體礦產(chǎn)，地下水含鹽和稀有元素高，具有很高的工業(yè)開采價值；醫(yī)療和健身功能的礦物質(zhì)水、泉水等；（2）重要的生態(tài)環(huán)境因子。地下水是影響生態(tài)和環(huán)境的重要因素之一，地下水過度的開采和人類的活動打破生態(tài)的平衡，使得環(huán)境的變化有利又有害。地下水與其周圍的環(huán)境，人、水、熱、動是個相互依存的有著內(nèi)在聯(lián)系的生物生存鏈，打破一個環(huán)節(jié)就會引起或正或負(fù)的作用。有害的例子：農(nóng)業(yè)用水不當(dāng)?shù)拇紊}漬化，綠洲變沙漠，過量開采地下水會導(dǎo)致地面沉降、海水入侵、地面塌陷、地下水污染等；在我國近一年來城市道路塌陷事故不斷，發(fā)生在我們身邊的就有好幾起，并造成嚴(yán)重的安全事故和財產(chǎn)損失；礦產(chǎn)的開發(fā)、城市地下空間的利用、地下水的不平衡開采等是導(dǎo)致地下水水文地質(zhì)破壞而出現(xiàn)的地面斷層、沉降、塌陷等事故的主要原因，所以需要我們從根本出發(fā)，杜絕一切過度開采行為，合理利用地下水資源，造福人民；（3）地下水是一種很活躍的地質(zhì)營力和信息載體。地下水是良好的溶質(zhì)，參與巖漿、巖溶、變質(zhì)、礦床、分化、成礦、油氣遷移等，在地質(zhì)演變中起重要作用，如找礦、找油、地震預(yù)報等；應(yīng)力傳遞者，同時也在流動，所以其水位、水量、水溫、水化學(xué)的變化可以提供大量的信息。

結(jié)語 隨著現(xiàn)代科學(xué)新思潮地發(fā)展，水文地質(zhì)學(xué)向著水質(zhì)水量的、環(huán)境的、生態(tài)的、綜合經(jīng)濟效益的多目標(biāo)方向發(fā)展。在研究方法上，除進行宏觀研究外，還要進行氣和水滲人機理、水質(zhì)污染和自凈機理等方面的微觀研究。所以，水文地質(zhì)學(xué)的系統(tǒng)概念隨著科學(xué)的發(fā)展成為現(xiàn)代數(shù)學(xué)、土壤學(xué)及系統(tǒng)工程學(xué)等多科學(xué)的理論與方法的綜合性學(xué)科。生態(tài)水文地質(zhì)學(xué)是地下水可持續(xù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)。在我們地質(zhì)研究工作中，理論結(jié)合實際，把現(xiàn)代水文地質(zhì)科學(xué)概念實際應(yīng)用到我們的生活中，以求在國民經(jīng)濟規(guī)劃、國土整治、城市和工業(yè)建設(shè)、環(huán)境保護等中發(fā)揮重要作用。

淺析水文地質(zhì)學(xué):遙感觀測技術(shù)在水文地質(zhì)學(xué)中的應(yīng)用—印度案例

摘要：衛(wèi)星遙控測量技術(shù)同地理信息系統(tǒng)相結(jié)合為水資源開發(fā)和管理提供了巨大的發(fā)展空間。這種結(jié)合還將有助于水文參數(shù)的量化，有助于數(shù)據(jù)的收集和傳播，以幫助快速分析水資源的多面性特征。但是由于衛(wèi)星探測器僅僅能夠提供地表以下幾厘米的信息，水文學(xué)者對衛(wèi)星遙控測量數(shù)據(jù)的使用仍比較少。

另外，這些數(shù)據(jù)集合不能提供地下水文狀況的細(xì)節(jié)，時間分辨率和空間分辨率的限度將稀少的動態(tài)地表信息變得更加模糊。雖然如此但在過去幾十年中，衛(wèi)星遙控測量技術(shù)已經(jīng)在地質(zhì)研究方面得到廣泛應(yīng)用，已成為進行地表測繪的高端工具。這種方法正廣泛應(yīng)用于地下水勘探測繪、雪融水徑流量評估、水庫淤積評估、水電工程研究、關(guān)鍵地區(qū)水漬地和鹽堿地的評估和監(jiān)測。水土保持、分水嶺開發(fā)、多光譜衛(wèi)星圖中水文地質(zhì)參數(shù)的提取以及對其開發(fā)地下水潛力的分析在印度受到極大關(guān)注。本文重點介紹了這些過程，其中也包括印度衛(wèi)星遙控測量技術(shù)應(yīng)用的現(xiàn)狀和未來趨勢。

關(guān)鍵詞：遙感，印度衛(wèi)星遙控測量系統(tǒng)， 地下水勘察，水資源管理，印度

1、印度遙感遙感觀測技術(shù)應(yīng)用

1.1、印度地球觀測的基礎(chǔ)設(shè)施

印度國家衛(wèi)星和遙控測量衛(wèi)星是印度航空研究組織的兩大主要系統(tǒng)。現(xiàn)今印度國家衛(wèi)星的功能在表-1有詳細(xì)介紹。衛(wèi)星遙控測量系統(tǒng)提供以太空為基礎(chǔ)的空間、光譜和時間多分辨率遙控數(shù)據(jù)，不斷滿足各種應(yīng)用需求。

但是，遙控測量衛(wèi)星并不包括水文研究中有巨大潛力的熱傳感器和微波傳感器。20世紀(jì)80年代末90年代初，人們利用IRS-1A 和1B的LISS-I 和 LISS-II （線狀成像自我掃描傳感器）拍攝的圖像，將地下水勘探水文地貌圖比例尺分別擴大到1：250，000和1：50，000。到了九十年代末，人們根據(jù)IRS-1C 和1D傳送的數(shù)據(jù)又將比例尺擴大到1：12，500。全色數(shù)據(jù)（5.8-m 空間分辨率）隨著LISS-III數(shù)據(jù)（23-m 空間分辨率）的出現(xiàn)應(yīng)運而生，以生成混合假彩色合成。混合假彩色合成對提高光譜分辨率和空間分辨率都有幫助，因此已被廣泛應(yīng)用與地下水開發(fā)的水文地質(zhì)測繪。

Resourcesat-1 （IRS P6）衛(wèi)星于2003年發(fā)射升空，此衛(wèi)星擁有寬場傳感器，可以提供10比特高分辨率的多光譜數(shù)據(jù)。在地質(zhì)地形測繪中，寬場傳感器、Resourcesat-1 （IRS P6）衛(wèi)星的LISS-III和LISS-IV傳感器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)得到了廣泛的應(yīng)用。Resourcesat-1 （IRS P6）衛(wèi)星于2003年發(fā)射升空，此衛(wèi)星擁有寬場傳感器，可以提供10比特高分辨率的多光譜數(shù)據(jù)。

科學(xué)家分析IRS P6 LISS-III傳感器數(shù)據(jù)，進而進一步研究巖石學(xué)和印度中部城市那格普洱附近Ramtek地區(qū)的地形。他們通過使用短波紅外線、紅外波段以及淺沖積層地區(qū)呈現(xiàn)淡綠色的波段生成假彩色合成。

1.2、水文地質(zhì)學(xué)中的衛(wèi)星遙控測量技術(shù)

地質(zhì)學(xué)、地形學(xué)、排水系統(tǒng)、土壤和土地使用的衛(wèi)星主要圖層對正確認(rèn)識地下水開發(fā)潛力至關(guān)重要。在地表測量的幫助下，可以得出更多細(xì)節(jié)信息。下面的章節(jié)介紹了印度利用衛(wèi)星遙控和地理信息系統(tǒng)，關(guān)于地下水開發(fā)潛力以及水土資源綜合開發(fā)的做出的突出研究。

1.3、地下水開發(fā)潛力測繪和人工補給選址

一項關(guān)于人工補給地下水選址的研究在印度南部泰米爾納德邦展開。在此研究中，比例尺為1：50，000的IRS-1C LISS-III圖和其他諸如降雨量、地下水位、地球物理數(shù)據(jù)和水質(zhì)等實地數(shù)據(jù)被應(yīng)用到12 個專題層的生成，其中的七層如下：（1） 地形學(xué)， （2）地質(zhì)學(xué)， （3） 土壤， （4） 坡地， （5）土地使用或土地覆蓋， （6）排水系統(tǒng)和 （7） 運輸網(wǎng)。地圖的繪制應(yīng)用了衛(wèi)星數(shù)據(jù)和比例尺為1：50，000的印度測繪數(shù)據(jù)表研究信息。

除了這些基本的專題層，印度還利用ArcInfo地理信息系統(tǒng)軟件制作了派生圖，內(nèi)容涵蓋排水管道密度、線性構(gòu)造密度、地下水位較大變化范圍、風(fēng)化帶深度和水質(zhì)。隨后的標(biāo)準(zhǔn)表將硬巖、沉積巖以及同其他專題層信息一起分為一至四級的沖積構(gòu)造進行綜合。參數(shù)中的加權(quán)平均值也得到了分配。

一級是人工補給的區(qū)域，四級為最差。所有的專題圖和派生圖都是同地理信息系統(tǒng)環(huán)境中合適的等級和加權(quán)平均值相結(jié)合的。綜合圖被稱為帶狀圖，也是經(jīng)過實地驗證的。考慮到地形狀況和有利的帶狀地形，推薦采用諸如過濾池、節(jié)制壩、補給坑和豎井、等高堤岸、等高溝、水流屏障和地下巖墻等合適的人工補給結(jié)構(gòu)。

作為全國首批試點的一部分，1：50，000地下水開發(fā)潛力圖利用IRS-1C和1D LISS-III制成，綜合了地質(zhì)學(xué)（巖石學(xué)和構(gòu)造學(xué)方面）、地形學(xué)和水文學(xué)等信息。作為開始，底圖比例尺為1：50，000，展示出主要的排水路線和重要地點、道路、鐵路和其他一些文化特色地標(biāo)。接下來一步涉及對衛(wèi)星圖片系統(tǒng)性的目視判讀，以描繪各種地形特征/諸如山谷的地形/河谷堆積、山麓平原、殘丘、地下河道、漫灘、堤防、斷層和巖石等還對底圖中的這些因素進行了描繪。這些特征同地下水儲藏和對地形的不同依賴程度存在一定聯(lián)系。為了制作評估地下水開發(fā)潛力的水文地形圖，這些特征在巖石學(xué)、伴生構(gòu)造特征、排水系統(tǒng)的開發(fā)、土壤類型及其有效深度、硬巖國家的風(fēng)化蓋層厚度以及該地區(qū)廣泛的土地使用方式和土地覆蓋方式等方面受到了徹底性的評估。這些準(zhǔn)備階段的地圖綜合了實地觀察信息、現(xiàn)有的地形圖和其他相關(guān)數(shù)據(jù)。仍然需要進行進一步的后續(xù)研究，雖然水文地質(zhì)和地球物理的方法/調(diào)查可以選擇合適的打井地點。

1.4、沙漠和長期性干旱地帶的水土綜合管理

水土資源管理/使用規(guī)劃的全國性策略旨在協(xié)助國家和地區(qū)官員規(guī)劃荒漠化控制和減輕干旱方面的工作。此計劃覆蓋17個地區(qū)的76，527 km2，延及印度四個邦（古吉特拉邦、拉賈斯坦邦、哈里亞納邦和卡納塔克邦）。比例尺為1：50，000 的IRS-1C/1D LISS-III FCC地圖的主要目的是提取土地使用和土地覆蓋、地形地質(zhì)、地下水、排水系統(tǒng)、地表水體、土壤以及土地退化等信息。地形圖主要用來獲取坡地信息。收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)（地圖和非空間坐標(biāo)數(shù)據(jù)）同圖片中得出的信息進行了整合。

為評估信息解釋的度并收集巖石、農(nóng)作物、水井、水庫和土壤等方面的數(shù)據(jù)，還進行了實地勘察。在2001年人口普查和國家和地區(qū)資料中搜集了社會經(jīng)濟/人口學(xué)數(shù)據(jù)。通過整合所有信息，制定出了最終地圖。有一套旨在緩解干旱自動化模型，目的在于評估沙漠化狀況和達成合適的水土資源開發(fā)行動計劃，地理信息系統(tǒng)環(huán)境中的空間和非空間數(shù)據(jù)都是通過這個自動化模型經(jīng)過整合得出的。此行動計劃包含完善現(xiàn)存土地使用系統(tǒng)的建議，提出了近期土地利用系統(tǒng)之下的土地適合性空間分類。此系統(tǒng)包括諸如農(nóng)業(yè)林學(xué)、復(fù)種雙作、農(nóng)場結(jié)合草場、 林草復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)和農(nóng)業(yè)園藝學(xué)的方面。

1.5、印度未來展望

以上對衛(wèi)星遙控測量技術(shù)的描述主要是圍繞印度衛(wèi)星遙控測量數(shù)據(jù)在水文地質(zhì)學(xué)中的應(yīng)用。當(dāng)然，

地球觀測衛(wèi)星提供的信息的質(zhì)量要更高。

使用者提出的數(shù)據(jù)要求包括以下幾個方面。（1） 提高了的衛(wèi)星遙控數(shù)據(jù)空間分辨率 （23m） ，旨在提供地籍層面上（1：10，000）的地形細(xì)節(jié)特征；（2） 為幫助開發(fā)計劃形成和執(zhí)行的立體聲性能（23m波高分辨率）；（3） 能幫助了解小農(nóng)場（0.1ha），農(nóng)作物生長情況的高分辨率（510m）多光譜數(shù)據(jù)；（4） 能夠幫助監(jiān)視洪水、雪線變化和作物生長等動態(tài)現(xiàn)象的高重復(fù)性數(shù)據(jù) （3 天）。鑒于這些需求，一些攜帶不同傳感器太空飛船正在印度的規(guī)劃之中。

其中包括綜合性水土資源開發(fā)的Resourcesat-2 和微波RISAT-1衛(wèi)星；進行大型測繪任務(wù)的Cartosat 衛(wèi)星系列 （Cartosat-2， 2A， 2B）；大氣和海洋系列衛(wèi)星，它們同時存在于印度衛(wèi)星遙控測量系統(tǒng) （Oceansat-2， Megha-Tropics， Oceansat-3）和促進土地-大氣-海洋互動和氣象學(xué)應(yīng)用的INSAT （INSAT-3D）系統(tǒng)之中。INSAT-3D 是高級的氣象衛(wèi)星，裝有成像機和探空裝置。印度還計劃專門為第三世界國家發(fā)射一個微型衛(wèi)星—TWSAT。

有人提出有效負(fù)載有一個4頻段空間分辨率為37-m和151-km的電荷耦合器相機，支持自然彩色合成和假彩色合成數(shù)據(jù)產(chǎn)品。發(fā)射計劃中的諸如Resourcesat-2 和Cartosat-2系列衛(wèi)星可以在更短的重復(fù)周期內(nèi)提供高分辨率多頻段的圖像。Cartosat-2 是一種高級遙控衛(wèi)星，配有一臺單全色照相機，目的是提供比空間分辨率1-m和10 km質(zhì)量更佳的圖像。 這種衛(wèi)星靈敏度較高，可調(diào)焦監(jiān)測的角度達到±45度。

CARTOSAT-2是一顆全天候的偵察衛(wèi)星，重約690千克，配有一臺先進的全色照相機，可以提供特定場景的點成像，用于制圖。照相機能拍攝電磁譜可見區(qū)域的黑白照片，空間分辨率約為1米。該衛(wèi)星是一顆先進遙感衛(wèi)星，具有高靈敏性，能獨立操縱，垂直軌跡可達45度以上，它是印度IRS系列中的第十二顆衛(wèi)星。

Cartosat-2 系列衛(wèi)星的立體聲數(shù)據(jù)對于定位水庫內(nèi)德爾塔運動和評估水體范圍將產(chǎn)生巨大作用。Megha-Tropics Mission 號衛(wèi)星周圍環(huán)繞三個有效負(fù)載，即微波分析、下雨預(yù)測和大氣結(jié)構(gòu)儀器（MADRAS），一個六通道濕度探測器（SAPHIR）和一個輻射收支掃描儀 （ScaRab）。Megha-Tropics號衛(wèi)星的主要目的是研究熱帶水圈和能量交換。作為Oceansat-1的升級，裝備有海洋彩色監(jiān)視儀a Ku band 散射儀的Oceansat-2衛(wèi)星計劃于2007年底發(fā)射升空。

正處于規(guī)劃階段的Oceansat-3將裝配一個熱紅外傳感儀，與海洋彩色監(jiān)視儀和散射儀配合工作。熱紅外傳感和海洋彩色監(jiān)視儀的結(jié)合將幫助人們了解陸地和海洋表面的溫度以及海洋參數(shù)檢索。考慮到水文研究中微波數(shù)據(jù)的重要性，印度計劃在不遠的將來發(fā)射一個微波衛(wèi)星RISAT-1。這對檢索季風(fēng)時節(jié)的土壤濕度、冰雪、冰川、地質(zhì)現(xiàn)象大有幫助。RISAT-1衛(wèi)星將在單/雙/四極化C波段 （5.3 GHz）頻數(shù)下工作，重復(fù)周期13天，將滿足水資源和農(nóng)產(chǎn)品庫存的暫時再訪要求。

2，國內(nèi)發(fā)展

2.1、理論方法研究

2.1.1衛(wèi)星影像的正射糾正模型及精度

影像幾何模型建立了物體在二維影像平面的位置和相應(yīng)三維地面坐標(biāo)系中位置間的關(guān)系。影像幾何模型可分為嚴(yán)密模型和非嚴(yán)密模型兩種。為了保障正射影像圖的平面精度，一般采用嚴(yán)密模型。嚴(yán)密模型是基于共線方程，利用軌道學(xué)、攝影測量學(xué)、大地測量學(xué)和制圖學(xué)的基本原理建立起來的。反映了影像傳感器的姿態(tài)及由諸如平臺、傳感器和地球曲率等因素引起的影像變形。在衛(wèi)星資料不齊或平面精度要求不高的情況下，可以采用非嚴(yán)密模型。非嚴(yán)密模型分為多項式、有理函數(shù)等糾正方式。數(shù)字正射影像圖定向精度為，定向點位中誤差平地、丘陵不得大于4 m，山地不得大于10 m。數(shù)字影像圖成圖精度為，地物點對最近野外控制點的圖上點位中誤差平地不大于7.5 m、丘陵不大于10 m山地不大于15 m。

2.1.2衛(wèi)星影像的數(shù)據(jù)融合

由于全色波段與多光譜兩個傳感器存在2～3秒相位差以及小于0.5°旋角，造成山地、高山地局部地區(qū)配準(zhǔn)十分困難，有需要在山脊線上增加控制點，以解決配準(zhǔn)的誤差。使用HSI變換方法，將高分辨率全色波段影像與低分辨率多光譜進行融合，獲得近似彩紅外的融合數(shù)據(jù)。由于SPOT5的光譜沒有藍色波段，需要進行波段運算，模擬近自然彩光譜。近紅外波段為R短波紅外波段為G、綠波段為B。公式為：R通道：2*PAN*G/（G+B）；G通道：（R+2*PAN）/3；B通道：2*PAN*B/（G+B）。兩者糾正融合并模擬自然彩光譜。

2.1.3精度檢測

檢測區(qū)位于汕頭市，圖幅內(nèi)有鐵路、高速公路、農(nóng)村居民點、耕地、菜地、河流、山地等，因各種類型的地形地物均有分布，相對高差為600 m，而有較好的代表性。檢測范圍有900 km2，共計21個點。利用外業(yè)施測的像控點以及內(nèi)業(yè)加密點作為真值，經(jīng)與內(nèi)業(yè)讀取坐標(biāo)（考慮到讀點誤差），同名像點較大中誤差為8.365 m、平均中誤差為5.698 m，平面精度滿足土地變更的成圖要求。

2.1.4不同時相的影像變化與分析

遙感衛(wèi)星影像是記錄了某一時間、以某一波長的地表瞬間現(xiàn)狀，為了研究同一地點的土地信息的變化情況，必須在不同時間、不同傳感器的影像之間，建立起一種匹配關(guān)系，并以某一影像為基準(zhǔn)，對另一影像作重采樣。檢測出變化的區(qū)域。可以依靠人的知識與眼睛來確定變化區(qū)域的性質(zhì)；將其導(dǎo)入到地理信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中，利用數(shù)據(jù)庫的經(jīng)驗樣品來獲取變化區(qū)域的性質(zhì)。由于不同時相光譜信息產(chǎn)生差異，在合成影像中所產(chǎn)生的品紅、亮綠可以認(rèn)為是變化的。

2.2、研究實例

2002年我國廣東省國土資源廳有關(guān)部門已制作完成了除遠離大陸的島嶼外覆蓋全省間隔為5 m的DEM（數(shù)字高程模型）數(shù)據(jù)。由于生產(chǎn)DLG（數(shù)字線劃圖）周期較長，從而造成DEM數(shù)據(jù)滯后于現(xiàn)實地形，因此必須根據(jù)預(yù)糾正影像數(shù)據(jù)編輯地形變化較大區(qū)域DEM（方法為將已預(yù)糾正的影像按1∶1萬標(biāo)準(zhǔn)分幅裁切；將相同圖幅的DLG與裁切影像托底，根據(jù)變化區(qū)域確定范圍；根據(jù)實測高程編輯不合理的地形；導(dǎo)入DEM，按全景范圍進行精糾正。）主要編輯新增人工地物如高速公路、大型橋梁、土地平整區(qū)等，以滿足現(xiàn)狀地物的合理性及確保視覺效果的要求。如高速公路、大型橋梁、土地平整區(qū)等，以滿足現(xiàn)狀地物的合理性及確保視覺效果的要求。

3、結(jié)語

印度的衛(wèi)星遙控測量系統(tǒng)主要特征是光譜和空間圖像功能的多樣性，展示出其在水文地質(zhì)學(xué)實際應(yīng)用中的巨大潛力。尋找地下水可以在利用多來自衛(wèi)星遙控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)形成的水文地形圖的幫助下完成。這種技術(shù)尤其對于在固結(jié)巖和半固結(jié)巖分布的地區(qū)的地下水勘探很有幫助，傳統(tǒng)上，在這種地區(qū)找水更加困難。

這些地圖描述了不同水文地質(zhì)單元的空間信息以及地下水開發(fā)潛力的相應(yīng)自然狀態(tài)。因此，印度衛(wèi)星遙控測量技術(shù)加速了地下水勘探的步伐，在酸性或半酸性土壤地區(qū)尤為明顯，也大大降低了深孔鑿巖的失敗率。

印度的研究為我們樹立了很好的榜樣，通過類似的遙感衛(wèi)星測量技術(shù)在水文地質(zhì)的應(yīng)用。但是多光譜衛(wèi)星數(shù)據(jù)，熱數(shù)據(jù)和微波數(shù)據(jù)在水文地質(zhì)研究中應(yīng)用相關(guān)的局限性，這給我們又提出了新的挑戰(zhàn)。

[5]. 國際新一代對地觀測系統(tǒng)的發(fā)展[J]地球科學(xué)進展，2005，20（9）.

[6]梅安新，彭望琭，秦其明等. 遙感導(dǎo)論[M]北京：教育出版社，2003.

[7] NASA. EOS Science Plan： The state of science in theEOS program [EL/OL]1999，Washington，DC. 397.

作者簡介：黃艷（1984-），女，助理工程師，研究方向：地圖學(xué)與地理信息系統(tǒng)。