利用高分辨率卫星影像基于地貌图进行地下水评估.doc

512010年1-2期 利用高分辨率卫星影像基于地貌图进行地下水评估利用高分辨率卫星影像基于地貌图进行地下水评估* Uttarakhand地区研究实例Md. Surabuddin Mondal 等（Department of Remote Sensing,Birla Institute of Technology, Mesra, Ranchi,India）翻译： 盖利亚；校对：佟元清【摘 要】 水是构成生态系统核心的最重要的自然资源。遥感技术的出现为地下水潜力评价、勘测及管理开创了新的局面。研究区-加瓦尔喜马拉雅山地区的Rishikesh地区，因为扩大本地区的旅游业造成了人口压力，使得地下水资源受到威胁。这就需要持续和明智地利用这一宝贵的资源。基于研究区的地貌、地质、排水、线性构造、坡度和地势专题图构成的水文地貌专题编图，利用高分辨率IRS-1 LISS III和全色卫星融合数据，对Rishikesh地区的地下水潜力进行了评价。Rishikesh地区展示了不同的水文地貌条件，地下水动态主要受地形和地质条件的控制。在ArcMap GIS环境下进行叠加分析时采用了加权概率方法。叠加分析允许对与地下水潜力相关的专题地图进行权重的线性组合。地下水潜力良好区域在该地区占主导地位，超过50%的研究区显示了中等-非常好的潜力。这项研究表明，遥感和地理信息技术可以有效地应用于地下水潜力评价。【关键词】 高分辨率影像 水文编图 地下水潜力引言鉴于卫星影像在识别各种地表特征的应用，其越来越多的用于地下水探测，这些特征可能成为地下水存在的直接或间接指标。在很多地区,利用遥感数据进行绘制水文地貌编图已经普遍用于划定地下水潜力区。在复杂的地形包括河流、剥蚀和结构的水文地貌单元，控制地下水动态的各种地形参数之间错综复杂，是很难评价的。在分析和量化地下水发生的多元方面，地理信息系统（GIS）对于划分地下水靶区和赤字区是非常有益的。* Groundwater Prospects Evaluation Based on Hydrogeomorphological Mapping using High Resolution Satellite Images: A Case study in Uttarakhand Indian Institute of Technology, Roorkee - 247 667, India图 1 研究区位置1 研究区研究区由Rishikesh及其周边组成，面积约100 km2，范围为北纬300217-300910,东经7896-782040（图1）。在印度150000 53J/4和53J/8地形图上，其位于较低的加瓦尔喜马拉雅山麓，海拔高于平均海平面，340m到1120 m不等。2 使用的数据和方法目前，通过准备和结合地理信息系统领域的各种专题地图，研究区的地下水评价研究已经开始（图2）。利用2004年1月6日获取的IRS-1 C LISS III和全色融合数据 ，结合本研究区印度150000 53J/4和53J/8地形调查和地质调查，得到了涵盖水文地貌、地质、排水、线性构造、坡度及救灾的专题地图。在ArcMap GIS环境下进行叠加分析时采用了加权概率方法。叠加分析允许对与地下水潜力相关的专题地图进行权重的线性组合。图 2 显示不同要素,找出区域地下水靶区 诸如水文地貌、岩性设置、线性构造、坡度、排水密度和地势等各种地形参数主要控制地表水、地下水的运动，以及本地区地下水储量，具体评价如下：2.1 水文地貌与地下水潜力该地区的主要水文地貌单元可以分为河流冲积平原（深/浅）、河漫滩（深/浅）、古渠道、心滩、山麓（深/浅）、剥蚀山和构造山地区。该地区的水文地貌主要是剥蚀山单元，面积约39.92平方千米，占全区的40.32%。河流单元占46.85% (46.40 km2)，深冲积平原和浅冲积平原分别占21.29% (21.09 km2)、4.56% (4.52 km2)。构造山散布在12.74 km2（见表1）。由肥沃的土壤组成的冲积平原代表了河流形成的最年轻的水文地貌地形。冲积平原上的地下水潜力几乎总是好的。出现在海拔范围在海平面300-400m之间，以中等排水密度、较高水力梯度、较高孔隙率为特征的山麓地带显示了中等地下水潜力，可以作为一个补给区。由类似页岩、板岩、砂岩、石英、灰岩等大块岩石组成的构造山和剥蚀山，坡度陡峭，作为径流区，几乎没有潜在地下水。以开口较大的节理/断裂为主要特征的剥蚀山地区可能促进有限的渗透，提高局部的地下水潜力。古渠道、心滩以及河漫滩，由于较高的补给，存在地下水的可能性最高，其组成砂、淤泥、砾石为较高的地下水储量提供了充分的孔隙度和渗透率。 2.2 岩性与地下水潜力 占有很大一部分比例，由冲积沉积物，即砂、淤泥、粘土、灰质核、砾石和石块组成的第四系沉积物，占该区的43.95%，具有较高的地下水潜力。相反，出露在该地区的主要岩性构成-奥陶石英、灰岩、页岩、砂岩、粉砂岩、板岩等，由于它们岩性致密、孔隙较小，相对没有潜在地下水。在非承压水条件下，该区的地下水主要出现在由冲积层和半固结地层组成的上部含水层。在深部含水层的水区，持有水的构成物是页岩、泥砂、粘土，地下水以半承压-承压状态出现。表 1 地貌单元和地下水潜力的航空覆盖制图地貌单元描 述地下水潜力面积（Km2）面积（%）A.河流源区心滩小补丁冲积形成的河床的一部分非常好0.991.01古渠道窄线性或弓状束良好1.541.56深河漫滩由最近沉积物组成、沿河流的窄平坦区域（厚度20米）非常好8.608.68浅河漫滩由最近沉积物组成、沿河流的窄平坦区域（厚度20米的沉积物形成的非常平缓的平原，分布在该地区的西南部良好21.0921.29浅冲积平原厚度20米的蹦积物和冲积物形成的中等坡度地带中等8.408.48浅埋山麓山脚下厚度25度的较高坡度梯度，地下水潜力欠佳。反之，在研究区的西南部，由于不超过5度的缓坡，地下水潜力良好。2.5 排水密度与地下水潜力应用卫星影像划定排水渠道表征了沿地表径流的渠道。人们发现漫洪中的地表水渗透比渠道流通中要多。为了可视化流经不同排水密度地带的漫洪/渠道地区，即在排水网络的空间密度分析的基础上划分了很高、高、中等、低、很低等级，分别占该区的0.19%、2.88%、10.98%、18.91% 、67.44%。很高密度的排水地区代表更接近排水线，反之亦然。在很高密度排水地区，地下水潜力欠佳。因为雨季降临在这里的大部分水都因地表径流流失了，很少一部分渗透去补充地下水。相反，在低密度排水地区，允许较多的渗透去补给地下水，所以有更多的潜在地下水。2.6 地势与地下水潜力 在该地区，地势直接反映了地形的险峻，其特征随着地势的增加，坡度梯度、水力梯度增加。地势较低的地区，海拔在300-500m、占研究区74.18%的区域，主要是软岩，允许更多的补给地下水。而较高地势地区，海拔在800-1200m，占研究区3.18%的区域，由坚硬、致密的岩石组成径流区。 基于潜在地下水的可用性以及地下水的运动、储量、产量受各种地形参数影响的先前了解，各种参数以及它们的分类亚组排名已用于地下水评价模型，如表2中所提到的。3 结果与讨论数字化与选择参数相关的地图，即地貌、坡度、地质、线性构造密度、排水密度以及地势转化为栅格数据，使用23m23m网格大小。这些参数的栅格图被分配各自的主题权重和类权重。各自的主题权重乘以各自的类权重，然后所有的栅格专题层被聚集在一个线性组合方程中，在ArcMap GIS中给出栅格计算模型：地貌*10+坡度*7+排水密度*6+线性构造*5+地质*8+地势*4通过应用上述公式得到最后累积的地图，其值在0.315-4.515之间。累积的地图被重新划分为地下水评价的五个类：极好-非常好、非常好-好、好-中等、中等-中等偏差、中等偏差-差（图3和表3）。良好的地下水潜力在这个地区占主导。这三个区描绘出优秀-中等的地下水潜力占全区一半以上的面积。优秀-非常好的地下水潜力只占全区总面积的15%。中等类别有大约12%，而大约25%是中等缺乏的地下水潜力。前景不佳的地区占全区的21.8%。表 2 地下水潜力评价、专题和权重的不同参数设置水文地貌（专题权重-10）地势（专题权重-4）分类类权重分类类权重古渠道9300-4007心滩10400-5003构造山1500-6002剥蚀山2600-7001深埋山麓4700-8001浅埋山麓3800-9001深冲积平原7900-10001浅冲积平原61000-11001浅河漫滩81100-12001深河漫滩9排水密度（专题权重-6）网线密度（专题权重-5）分类类权重分类类权重很低5很低1低的4低的2中等3中等3高的2高的4很高1很高5岩性（专题权重-8）坡度（专题权重-7）分类类权重分类类权重冲积层70-56浊流、砂岩、下跌床25-105页岩、板岩、灰岩、黑色岩系310-154浊积体、灰岩、粉石、板岩415-252砂岩，基性的1251灰岩，页岩4奥陶石英1图 3 Rishikesh及其周边的地下水潜力带表 3 Rishikesh及其周边地区的地下水潜力带地下水潜力带面积（Km2）面积（%）极好-非常好15.1315.28非常好-良好25.2525.60良好-中等12.2912.41中等-中等偏差24.4824.76中等偏差-差21.8121.95总 计99.061004 结论Rishikesh地区展示了不同的水文地貌条件，地下水动态主要受一系列地形因素的控制，主要是地形、地质和坡度。基于地理信息方法的地下水潜力区划明显显示了冲积平原、河漫滩、粗排水密度、缓坡地区的结合，这些地形是具有良好地下水潜力的有利地形条件。构造山和剥蚀山、密集