浅析水文地质学

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浅析水文地质学:现代科技革命与水文地质学发展

水文地质学是研究地下水的数量和质量随空间和时间变化的规律,以及合理利用地下水或防治其危害的学科,经历了长期的发展过程。人们早在远古时代就已打井取水。中国已知最古老的水井是距今约5700年的浙江余姚河姆渡古文化遗址水井。古波斯时期在德黑兰附近修建了坎儿井,最长达26km,最深达150m。但水文地质学直到19世纪末才逐渐成为独立的学科。恩格斯在一个多世纪前写成《自然辩证法》标志着自然辩证法的确立。为自然科学工作者提供了有力武器,其基本思想和基本观点越来越显示出强大的生命力。水文地质学每一次较大的进步与发展,都渗透着辩证的哲学观。

1古代哲学与水文地质学

《周易》是自西周至东周不断充实才完成的重要文献,所引用的人事活动和自然现象的描述蕴含了人类早期科学萌芽和对自然现象的哲学思考。《周易》八卦中的坎代表水,兑代表泽,艮代表山,坤代表地。这些组合而成的彖、彖恰好表征了地下水的循环过程,当代水文地质学家以图来诠释,与水文学的描述相当吻合。公元前7世纪的泰勒斯被称为人类历史上的及时个水科学家与及时个哲学家。泰勒斯认为水与人与万物的存活如此息息相关,水的背后有些更深的法则与目的,他直接指出人可以思考有关水的“看不见”的意义,而非只是在“看得见”的使用,也许“看得见”的部份只是暂时的、多变的,而“看不见”的部份是永存的、不变的。

2近代水文地质学的发展

自十九世纪末,水文地质学成为一支独立的学科以来,在多位水文地质学家和水文地质工作者的不懈努力下,水文地质学从幼稚逐渐变得成熟,从单纯的现象描述发展到定量化的理论研究上[1]。泰斯于1935年利用地下水非稳定流与热传导的相似性,得出了地下水流向水井的非稳定流公式即泰斯公式,把地下水定量计算推进到了一个新阶段。20世纪中叶,苏联奥弗琴尼科夫和美国的怀特在水文地球化学方面做出了许多贡献。到第二次世界大战结束时,在地下水的赋存、运动、补给、排泄、起源以至化学成分变化、水量评价等方面,均有了较为系统的理论和研究方法。水文地质学已经发展成为一门成熟的学科了。20世纪70～80年代,由于电子计算机技术的发展,地下水数学模拟成为处理复杂的水文地质问题的主要手段。同时,同位素方法在确定地下水平均贮留时间,追踪地下水流动等研究中得到应用。遥感技术及数学地质方法也被引进,用以解决水文地质问题。随着地下水污染、海水与咸水入侵淡含水层等问题的不断产生,与地下水中溶质迁移有关的问题开始受到重视。许多水文地质学家正在通过室内试验、野外试验与建立数学模型的办法去解决有关问题。

3现代水文地质学科技革命

3.1 科学技术革命对水文地质学发展的影响

水文地质学发展过程中的历次革命都是在科学技术革命及其产物的支持下完成的。首先对水文地质学形成和发展具有重要意义的Darcy定律是H.Darcy受到电学中的欧姆定律和固体介质中的热传导定律的启发并通过试验验证得到的,三个定律的数学表达式相似,而欧姆定律和热传导定律早在Darcy定律出现之前就分别由欧姆和福里哀建立。其次对现代水文地质学的发展和研究具有划时代意义的Theis公式和描述渗流的基本微分方程也都是从热传导理论中演绎过来的。另外,目前在渗流理论中广为应用的数值法是在新科学技术革命的产物之一—— 计算机的促进下才得以蓬勃发展的,尤其是20世纪70年代末微型计算机的普及使得数值法在研究渗流问题时表现出了更大的灵活性和优越性。现在计算机已渗人到水文地质研究的各个领域,如勘查、编图、开发、评价和管理等,正是在计算机帮助下,一些数学方法才得以用来解决水文地质问题。在地下水的勘查和研究中,当今广泛使用的技术和方法如电法、磁法、遥感、放射性测量、同位素、Υ-Ν等均是科学技术革命的产物。这些方法和传统方法结合起来,借助计算机,不但解决了许多原来无法解决的问题,而且使水文地质学理论更丰富、更完善,并形成了多种交叉学科。

3.2 水文地质学今后发展方向

水文地质学发展到今天,经历了近150年,现在人们在解决渗流问题时基本上都按照这一模式进行:定性分析建立水文地质模型建立数学模型求解数学模型,这一模式通常称为数学模式[3]。目前在世界范围内正兴起一场以微电子技术和信息处理技术为中心的科学技术革命。新科学技术革命的主攻方向是智能信息科学技术,主要历史使命是建立智能科学理论,其核心是智能化,其科学、社会、经济效果将对人类产生巨大的冲击,将变革现在科学内部结构。受新科学技术革命的影响,水文地质学理论也将发生革命,解决水文地质问题的智能信息模型和混沌模型将代替现有的数学模型;同时受新材料、光导纤维、新能源、空间、电子和计算机等多项新技术革命的影响,在地下水的勘查和研究方法上也将发生根本的变革,届时目前水文地质学上的一些难题将迎刃而解。

为了更好地发展当代水文地质学,需要特别重视以下各类的学科交叉渗透:及时,根据研究目标的需要,开展相关学科与水文地质学相结合的研究;第二,将横断科学(系统论、信息论、控制论、超循环理论、耗散结构理论、混沌学、分形理论等)引入水文地质学,充实与发展水文地质学的理论与方法;第三,将水文地质学与社会人文科学结合,加强软科学研究。目前,及时类学科交叉的研究,已经开始受到重视,但是,离开学科的真正融合,还有较大距离;第二类学科交叉的研究,已有不少探索性成果,但是,如何将横断科学系统引入水文地质学,要走的路还很长;第三类的学科交叉,则至今尚未引起足够重视。

加强水文地质学与社会人文科学的结合,其重要性如何强调也不为过。任何自然科学技术问题的解决,都无法回避人们的价值判断与利益协调。因此,自然科学技术成果,需要借助于社会人文学科的支撑,逾越种种利益门槛,才有可能被社会所接受,否则,只能停留在纸面上,无法转化为实实在在的生产力。

浅析水文地质学:浅析水文地质学的系统概念及生态发展应用

摘要：水文地质学是研究地下水的一种科学，也称地下水水文学。随着地质科学的迅速发展，水文地质学形成一门比较完整、系统的独立科学，是地学研究领域中重要的组成部分。从上个世纪70年代以来，水文地质学又从地下水系统的研究，进一步扩大为研究地下水与人类圈内由资源、环境、生态、技术、经济、社会组成的大系统。因此水文地质学系统概念的研究目标，开始转入到研究整个水系统与自然环境系统和社会经济系统之间相互交叉关系的新时期。同时，人类社会的发展，对地下水影响的加剧，致使地下水资源的供需矛盾和水质好坏的矛盾日趋突出。人类活动将导致水文地质条件的变化，并引起地下水资源的污染、水的枯竭及自然生态环境的破坏和恶化。因此，充分认识水文地质学的系统概念及生态发展应用是造福人类社会可持续科学发展观的重要使命。

关键词：水文地质学；系统；概念；生态；发展；应用

前言 系统意为部分组成的整体，具有多元性、差异性、相关性。系统不存在孤立的元素组分，所有元素或组分间相互依存、相互作用、相互制约。研究系统概念就是把研究对象看作一个有机整体，从整体角度去考察、分析与处理问题的方法。水文地质学与工程地质和环境地质（水工环）是地学研究中的三大组成部分，是人类生存发展的支持系统，它们是相互关联的整体。所有，水文地质学不是一个单一的科学，它是一个系统的科学。

水是生命之源，是人们赖以生存的宝贵资源。我国是淡水资源极缺乏的国家之一，加之自然灾害和人类活动的影响又对这一宝贵的资源造成非常大的破坏和恶化。水资源是可再生资源，但管理不当会成为社会不稳定因素之一。本文重在阐述地下水水文水资源的系统概念和其生态发展应用，简单粗略表达本人在学习应用过程中的一点观点，为未来的水文地质学研究工作提供理论基础。

1，现代水文地质学的系统概念和研究现状

1.1系统的观点在各个领域和科学中发挥着重大的意义，为理论研究提供了新的思维方式，为人们认识世界和改造世界提供了富有成效现代化“工具”，有力的推动着现代科学的发展。在水文地质领域最早提出了“自然水文系统”的概念和定义，随后相继提出有“含水层系统”，“地下水系统”及“水文地质系统”等系统的概念，这些概念和理论为以后水文地质科学发展产生深远的意义，推动了现代水文地质学理论的发展。随着学科的纵深发展，现代水文地质学的系统概论得到了整体想关联的系统归纳，即若干要素相互联系、相互作用组成，具有一定结构和功能的有机整体。在这里，要素是系统的一部分，也可以组成一个系统；结构是诸要素中相互联系、相互作用的形式和方式，系统的结构决定是系统的功能。如水文地质系统随着水文地质建造和改造作用的进行而不断的演变，其岩溶作用、气候、环境因素等制约着水岩作用的方式和强度，并控制着地下水系的形成、发展和消亡。显然，这种整体的相关联的系统思想为水文地质学研究的进一步深入提供了新思路和方法。

1.2“水文地质学”这一述语自19世纪初在欧洲被提出后，到现在200多年的发展和研究，使得这一科学日趋完善和成熟。在我国对地下水的认识和开发利用，虽然有进千年的历史（如打井取水）， 真正利用地质科学的理论和方法，仅开端于上个世纪30年代。但水文地质学，作为地质科学内一门独立应用地质科学，仅在新中国成立以后才迅速发展起来。今天正处在水文地质科学的成长期，是水资源水文地质学与环境水文地质学的发展时期，主要有系统论、系统工程、计算机技术等新理论、新技术的输入，使我国的传统水文地质学发展到一个研究水资源与环境问题为重点的现代水文地质科学。

2，现代水文地质学的发展方向和应用

2.1通过系统理论对水文地质学的归纳和概括，水文地质系统包括了水文地质结构系统和地下水系统。三者相互依存，相互作用。地下水系统是水文地质系统的具体表现。水文地质结构系统是水文地质系统具有不同功能的内在依据，表征地下水的赋存条件和环境，通过水文地质结构系统的研究既能表征水的机制和作用，又能反映地下水的结构和状态。从而整体把握地下水的分布、赋存、运动和演化的规律。地下水系统在其发展的基础上又包括了其含水系统和地下流动水系统，含水系统是由若干隔水和相对隔水岩层组成，具有统一水力联系的作用，地下水流动系统是指由源到汇的流面层构成，具有统一时空演变过程的地下水体。现在科学的发展过程，是相互交叉和相互渗透、同步循环的前进科学，是产生新分支学科的动力。近年来，在水文地质学研究发展方面，有区域水文地质学、岩溶水文地质学、遥感水文地质学、环境水文地质学、污染水文地质学、数学水文地质学及水资源水文地质学等；在新技术、新方法应用研究方面，有计算机技术、遥感技术、同位素技术、自动检测技术、室内模拟技术及水质分析技术等，以制图水文地质学、遥感水文地质学与同位素水文地质学，作为主要发展方向；在理论水文地质学方面，将着重向水中水文地质学发展；而应用水文地质学方面，将着重向环境水文地质发展；今后水文地质学的发展趋势，可能演变为资源环境水文地质学；在理论水文地质学方面，将以渗透理论为基层，以水资源水文地质学为重点，以模型研究为中心，加快开发三维地理信息系统在模型研究中的应用。在应用水文地质学方面，将以环境水文地质学及其分支学科，作为重要发展方向；在信息系统研究方面，将加强以数据管理系统、动态监测信息系统、遥感信息系统，以及专家决策系统的开发与应用。综上所述，现在水文地质学的发展将有着广泛的未来和前景，为社会的发展和人们生活的进步保驾护航。

2.2从可持续发展的理念出发，构建人与自然协调、良性循环的地下水系统、水文地质系统、地质环境系统和生态系统。以系统思想为指导，运用多科学的手段，发展向生产领域延伸并服务于人们大众的科研应用。在人是活动影响下，地下水的演变也会导致一系列复杂的物理、化学变化和生态效应，对地下水系统、水文地质系统、环境系统及生态系统造成损害。从发展应用看：（1）地下水是一种宝贵的资源。地下水资源的应用含盖了工农经济生活各领域，充分合理的利用和开发是当下的重要形式。我国是农业大国，水资源缺乏严重，其中60%耕地使用地下水灌溉，农村95%的饮用水来自地下水；工业中的液体矿产，地下水含盐和稀有元素高，具有很高的工业开采价值；医疗和健身功能的矿物质水、泉水等；（2）重要的生态环境因子。地下水是影响生态和环境的重要因素之一，地下水过度的开采和人类的活动打破生态的平衡，使得环境的变化有利又有害。地下水与其周围的环境，人、水、热、动是个相互依存的有着内在联系的生物生存链，打破一个环节就会引起或正或负的作用。有害的例子：农业用水不当的次生盐渍化，绿洲变沙漠，过量开采地下水会导致地面沉降、海水入侵、地面塌陷、地下水污染等；在我国近一年来城市道路塌陷事故不断，发生在我们身边的就有好几起，并造成严重的安全事故和财产损失；矿产的开发、城市地下空间的利用、地下水的不平衡开采等是导致地下水水文地质破坏而出现的地面断层、沉降、塌陷等事故的主要原因，所以需要我们从根本出发，杜绝一切过度开采行为，合理利用地下水资源，造福人民；（3）地下水是一种很活跃的地质营力和信息载体。地下水是良好的溶质，参与岩浆、岩溶、变质、矿床、分化、成矿、油气迁移等，在地质演变中起重要作用，如找矿、找油、地震预报等；应力传递者，同时也在流动，所以其水位、水量、水温、水化学的变化可以提供大量的信息。

结语 随着现代科学新思潮地发展，水文地质学向着水质水量的、环境的、生态的、综合经济效益的多目标方向发展。在研究方法上，除进行宏观研究外，还要进行气和水渗人机理、水质污染和自净机理等方面的微观研究。所以，水文地质学的系统概念随着科学的发展成为现代数学、土壤学及系统工程学等多科学的理论与方法的综合性学科。生态水文地质学是地下水可持续发展的理论基础。在我们地质研究工作中，理论结合实际，把现代水文地质科学概念实际应用到我们的生活中，以求在国民经济规划、国土整治、城市和工业建设、环境保护等中发挥重要作用。

浅析水文地质学:遥感观测技术在水文地质学中的应用—印度案例

摘要：卫星遥控测量技术同地理信息系统相结合为水资源开发和管理提供了巨大的发展空间。这种结合还将有助于水文参数的量化，有助于数据的收集和传播，以帮助快速分析水资源的多面性特征。但是由于卫星探测器仅仅能够提供地表以下几厘米的信息，水文学者对卫星遥控测量数据的使用仍比较少。

另外，这些数据集合不能提供地下水文状况的细节，时间分辨率和空间分辨率的限度将稀少的动态地表信息变得更加模糊。虽然如此但在过去几十年中，卫星遥控测量技术已经在地质研究方面得到广泛应用，已成为进行地表测绘的高端工具。这种方法正广泛应用于地下水勘探测绘、雪融水径流量评估、水库淤积评估、水电工程研究、关键地区水渍地和盐碱地的评估和监测。水土保持、分水岭开发、多光谱卫星图中水文地质参数的提取以及对其开发地下水潜力的分析在印度受到极大关注。本文重点介绍了这些过程，其中也包括印度卫星遥控测量技术应用的现状和未来趋势。

关键词：遥感，印度卫星遥控测量系统， 地下水勘察，水资源管理，印度

1、印度遥感遥感观测技术应用

1.1、印度地球观测的基础设施

印度国家卫星和遥控测量卫星是印度航空研究组织的两大主要系统。现今印度国家卫星的功能在表-1有详细介绍。卫星遥控测量系统提供以太空为基础的空间、光谱和时间多分辨率遥控数据，不断满足各种应用需求。

但是，遥控测量卫星并不包括水文研究中有巨大潜力的热传感器和微波传感器。20世纪80年代末90年代初，人们利用IRS-1A 和1B的LISS-I 和 LISS-II （线状成像自我扫描传感器）拍摄的图像，将地下水勘探水文地貌图比例尺分别扩大到1：250，000和1：50，000。到了九十年代末，人们根据IRS-1C 和1D传送的数据又将比例尺扩大到1：12，500。全色数据（5.8-m 空间分辨率）随着LISS-III数据（23-m 空间分辨率）的出现应运而生，以生成混合假彩色合成。混合假彩色合成对提高光谱分辨率和空间分辨率都有帮助，因此已被广泛应用与地下水开发的水文地质测绘。

Resourcesat-1 （IRS P6）卫星于2003年发射升空，此卫星拥有宽场传感器，可以提供10比特高分辨率的多光谱数据。在地质地形测绘中，宽场传感器、Resourcesat-1 （IRS P6）卫星的LISS-III和LISS-IV传感器传输的数据得到了广泛的应用。Resourcesat-1 （IRS P6）卫星于2003年发射升空，此卫星拥有宽场传感器，可以提供10比特高分辨率的多光谱数据。

科学家分析IRS P6 LISS-III传感器数据，进而进一步研究岩石学和印度中部城市那格普洱附近Ramtek地区的地形。他们通过使用短波红外线、红外波段以及浅冲积层地区呈现淡绿色的波段生成假彩色合成。

1.2、水文地质学中的卫星遥控测量技术

地质学、地形学、排水系统、土壤和土地使用的卫星主要图层对正确认识地下水开发潜力至关重要。在地表测量的帮助下，可以得出更多细节信息。下面的章节介绍了印度利用卫星遥控和地理信息系统，关于地下水开发潜力以及水土资源综合开发的做出的突出研究。

1.3、地下水开发潜力测绘和人工补给选址

一项关于人工补给地下水选址的研究在印度南部泰米尔纳德邦展开。在此研究中，比例尺为1：50，000的IRS-1C LISS-III图和其他诸如降雨量、地下水位、地球物理数据和水质等实地数据被应用到12 个专题层的生成，其中的七层如下：（1） 地形学， （2）地质学， （3） 土壤， （4） 坡地， （5）土地使用或土地覆盖， （6）排水系统和 （7） 运输网。地图的绘制应用了卫星数据和比例尺为1：50，000的印度测绘数据表研究信息。

除了这些基本的专题层，印度还利用ArcInfo地理信息系统软件制作了派生图，内容涵盖排水管道密度、线性构造密度、地下水位较大变化范围、风化带深度和水质。随后的标准表将硬岩、沉积岩以及同其他专题层信息一起分为一至四级的冲积构造进行综合。参数中的加权平均值也得到了分配。

一级是人工补给的区域，四级为最差。所有的专题图和派生图都是同地理信息系统环境中合适的等级和加权平均值相结合的。综合图被称为带状图，也是经过实地验证的。考虑到地形状况和有利的带状地形，推荐采用诸如过滤池、节制坝、补给坑和竖井、等高堤岸、等高沟、水流屏障和地下岩墙等合适的人工补给结构。

作为全国首批试点的一部分，1：50，000地下水开发潜力图利用IRS-1C和1D LISS-III制成，综合了地质学（岩石学和构造学方面）、地形学和水文学等信息。作为开始，底图比例尺为1：50，000，展示出主要的排水路线和重要地点、道路、铁路和其他一些文化特色地标。接下来一步涉及对卫星图片系统性的目视判读，以描绘各种地形特征/诸如山谷的地形/河谷堆积、山麓平原、残丘、地下河道、漫滩、堤防、断层和岩石等还对底图中的这些因素进行了描绘。这些特征同地下水储藏和对地形的不同依赖程度存在一定联系。为了制作评估地下水开发潜力的水文地形图，这些特征在岩石学、伴生构造特征、排水系统的开发、土壤类型及其有效深度、硬岩国家的风化盖层厚度以及该地区广泛的土地使用方式和土地覆盖方式等方面受到了彻底性的评估。这些准备阶段的地图综合了实地观察信息、现有的地形图和其他相关数据。仍然需要进行进一步的后续研究，虽然水文地质和地球物理的方法/调查可以选择合适的打井地点。

1.4、沙漠和长期性干旱地带的水土综合管理

水土资源管理/使用规划的全国性策略旨在协助国家和地区官员规划荒漠化控制和减轻干旱方面的工作。此计划覆盖17个地区的76，527 km2，延及印度四个邦（古吉特拉邦、拉贾斯坦邦、哈里亚纳邦和卡纳塔克邦）。比例尺为1：50，000 的IRS-1C/1D LISS-III FCC地图的主要目的是提取土地使用和土地覆盖、地形地质、地下水、排水系统、地表水体、土壤以及土地退化等信息。地形图主要用来获取坡地信息。收集到的相关数据（地图和非空间坐标数据）同图片中得出的信息进行了整合。

为评估信息解释的度并收集岩石、农作物、水井、水库和土壤等方面的数据，还进行了实地勘察。在2001年人口普查和国家和地区资料中搜集了社会经济/人口学数据。通过整合所有信息，制定出了最终地图。有一套旨在缓解干旱自动化模型，目的在于评估沙漠化状况和达成合适的水土资源开发行动计划，地理信息系统环境中的空间和非空间数据都是通过这个自动化模型经过整合得出的。此行动计划包含完善现存土地使用系统的建议，提出了近期土地利用系统之下的土地适合性空间分类。此系统包括诸如农业林学、复种双作、农场结合草场、 林草复合生态系统和农业园艺学的方面。

1.5、印度未来展望

以上对卫星遥控测量技术的描述主要是围绕印度卫星遥控测量数据在水文地质学中的应用。当然，

地球观测卫星提供的信息的质量要更高。

使用者提出的数据要求包括以下几个方面。（1） 提高了的卫星遥控数据空间分辨率 （23m） ，旨在提供地籍层面上（1：10，000）的地形细节特征；（2） 为帮助开发计划形成和执行的立体声性能（23m波高分辨率）；（3） 能帮助了解小农场（0.1ha），农作物生长情况的高分辨率（510m）多光谱数据；（4） 能够帮助监视洪水、雪线变化和作物生长等动态现象的高重复性数据 （3 天）。鉴于这些需求，一些携带不同传感器太空飞船正在印度的规划之中。

其中包括综合性水土资源开发的Resourcesat-2 和微波RISAT-1卫星；进行大型测绘任务的Cartosat 卫星系列 （Cartosat-2， 2A， 2B）；大气和海洋系列卫星，它们同时存在于印度卫星遥控测量系统 （Oceansat-2， Megha-Tropics， Oceansat-3）和促进土地-大气-海洋互动和气象学应用的INSAT （INSAT-3D）系统之中。INSAT-3D 是高级的气象卫星，装有成像机和探空装置。印度还计划专门为第三世界国家发射一个微型卫星—TWSAT。

有人提出有效负载有一个4频段空间分辨率为37-m和151-km的电荷耦合器相机，支持自然彩色合成和假彩色合成数据产品。发射计划中的诸如Resourcesat-2 和Cartosat-2系列卫星可以在更短的重复周期内提供高分辨率多频段的图像。Cartosat-2 是一种高级遥控卫星，配有一台单全色照相机，目的是提供比空间分辨率1-m和10 km质量更佳的图像。 这种卫星灵敏度较高，可调焦监测的角度达到±45度。

CARTOSAT-2是一颗全天候的侦察卫星，重约690千克，配有一台先进的全色照相机，可以提供特定场景的点成像，用于制图。照相机能拍摄电磁谱可见区域的黑白照片，空间分辨率约为1米。该卫星是一颗先进遥感卫星，具有高灵敏性，能独立操纵，垂直轨迹可达45度以上，它是印度IRS系列中的第十二颗卫星。

Cartosat-2 系列卫星的立体声数据对于定位水库内德尔塔运动和评估水体范围将产生巨大作用。Megha-Tropics Mission 号卫星周围环绕三个有效负载，即微波分析、下雨预测和大气结构仪器（MADRAS），一个六通道湿度探测器（SAPHIR）和一个辐射收支扫描仪 （ScaRab）。Megha-Tropics号卫星的主要目的是研究热带水圈和能量交换。作为Oceansat-1的升级，装备有海洋彩色监视仪a Ku band 散射仪的Oceansat-2卫星计划于2007年底发射升空。

正处于规划阶段的Oceansat-3将装配一个热红外传感仪，与海洋彩色监视仪和散射仪配合工作。热红外传感和海洋彩色监视仪的结合将帮助人们了解陆地和海洋表面的温度以及海洋参数检索。考虑到水文研究中微波数据的重要性，印度计划在不远的将来发射一个微波卫星RISAT-1。这对检索季风时节的土壤湿度、冰雪、冰川、地质现象大有帮助。RISAT-1卫星将在单/双/四极化C波段 （5.3 GHz）频数下工作，重复周期13天，将满足水资源和农产品库存的暂时再访要求。

2，国内发展

2.1、理论方法研究

2.1.1卫星影像的正射纠正模型及精度

影像几何模型建立了物体在二维影像平面的位置和相应三维地面坐标系中位置间的关系。影像几何模型可分为严密模型和非严密模型两种。为了保障正射影像图的平面精度，一般采用严密模型。严密模型是基于共线方程，利用轨道学、摄影测量学、大地测量学和制图学的基本原理建立起来的。反映了影像传感器的姿态及由诸如平台、传感器和地球曲率等因素引起的影像变形。在卫星资料不齐或平面精度要求不高的情况下，可以采用非严密模型。非严密模型分为多项式、有理函数等纠正方式。数字正射影像图定向精度为，定向点位中误差平地、丘陵不得大于4 m，山地不得大于10 m。数字影像图成图精度为，地物点对最近野外控制点的图上点位中误差平地不大于7.5 m、丘陵不大于10 m山地不大于15 m。

2.1.2卫星影像的数据融合

由于全色波段与多光谱两个传感器存在2～3秒相位差以及小于0.5°旋角，造成山地、高山地局部地区配准十分困难，有需要在山脊线上增加控制点，以解决配准的误差。使用HSI变换方法，将高分辨率全色波段影像与低分辨率多光谱进行融合，获得近似彩红外的融合数据。由于SPOT5的光谱没有蓝色波段，需要进行波段运算，模拟近自然彩光谱。近红外波段为R短波红外波段为G、绿波段为B。公式为：R通道：2*PAN*G/（G+B）；G通道：（R+2*PAN）/3；B通道：2*PAN*B/（G+B）。两者纠正融合并模拟自然彩光谱。

2.1.3精度检测

检测区位于汕头市，图幅内有铁路、高速公路、农村居民点、耕地、菜地、河流、山地等，因各种类型的地形地物均有分布，相对高差为600 m，而有较好的代表性。检测范围有900 km2，共计21个点。利用外业施测的像控点以及内业加密点作为真值，经与内业读取坐标（考虑到读点误差），同名像点较大中误差为8.365 m、平均中误差为5.698 m，平面精度满足土地变更的成图要求。

2.1.4不同时相的影像变化与分析

遥感卫星影像是记录了某一时间、以某一波长的地表瞬间现状，为了研究同一地点的土地信息的变化情况，必须在不同时间、不同传感器的影像之间，建立起一种匹配关系，并以某一影像为基准，对另一影像作重采样。检测出变化的区域。可以依靠人的知识与眼睛来确定变化区域的性质；将其导入到地理信息数据库系统中，利用数据库的经验样品来获取变化区域的性质。由于不同时相光谱信息产生差异，在合成影像中所产生的品红、亮绿可以认为是变化的。

2.2、研究实例

2002年我国广东省国土资源厅有关部门已制作完成了除远离大陆的岛屿外覆盖全省间隔为5 m的DEM（数字高程模型）数据。由于生产DLG（数字线划图）周期较长，从而造成DEM数据滞后于现实地形，因此必须根据预纠正影像数据编辑地形变化较大区域DEM（方法为将已预纠正的影像按1∶1万标准分幅裁切；将相同图幅的DLG与裁切影像托底，根据变化区域确定范围；根据实测高程编辑不合理的地形；导入DEM，按全景范围进行精纠正。）主要编辑新增人工地物如高速公路、大型桥梁、土地平整区等，以满足现状地物的合理性及确保视觉效果的要求。如高速公路、大型桥梁、土地平整区等，以满足现状地物的合理性及确保视觉效果的要求。

3、结语

印度的卫星遥控测量系统主要特征是光谱和空间图像功能的多样性，展示出其在水文地质学实际应用中的巨大潜力。寻找地下水可以在利用多来自卫星遥控系统的数据形成的水文地形图的帮助下完成。这种技术尤其对于在固结岩和半固结岩分布的地区的地下水勘探很有帮助，传统上，在这种地区找水更加困难。

这些地图描述了不同水文地质单元的空间信息以及地下水开发潜力的相应自然状态。因此，印度卫星遥控测量技术加速了地下水勘探的步伐，在酸性或半酸性土壤地区尤为明显，也大大降低了深孔凿岩的失败率。

印度的研究为我们树立了很好的榜样，通过类似的遥感卫星测量技术在水文地质的应用。但是多光谱卫星数据，热数据和微波数据在水文地质研究中应用相关的局限性，这给我们又提出了新的挑战。

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作者简介：黄艳（1984-），女，助理工程师，研究方向：地图学与地理信息系统。