“3S”技术及网络的应用

“3S”是指：GIS（geographic information systems，地理信息系统）、RS（remote sensing，遥感）和GPS（globe position system，全球定位系统），其中GIS是3S技术的核心。

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随着科学技术的不断发展，GIS已广泛应用于自然资源管理、土地规划、交通、军事、商业等领域，并取得了巨大的经济效益。GIS在水资源研究方面的应用得到了极大的发展，曾在20世纪90年代专门召开了GIS在水文地质中应用的国际学术会议。不同领域的学者对GIS的定义不太相同，为水资源研究与管理服务的GIS具有以下3个方面的基本特征（宫辉力等，1996）：

（1）具有信息采集、管理、分析、表达和更新的能力。

（2）以支持区域研究和区域决策为目的，以空间模型方法为手段，具有空间分析和动态预测能力，进而产生更高层次的决策信息。

（3）由计算机支持进行空间数据管理，并模拟物理实体，从而有效地对其属性进行空间定位和综合分析。

GIS与RS相结合主要用来解决区域性的空间问题。如水资源分布、水质状况、水环境污染、生态环境质量、区域监测网的布置等等。GIS与GPS结合可以在地球表面任一点实现瞬时定位。如可用于野外地下水钻孔定位、地表水文地质点的定位等。

未来“3S”技术及网络的应用必将得到进一步的发展，具体研究重点可能包括四个方面。

一、区域水资源的综合研究

水资源问题是一个复杂的综合性问题，它需要进行多学科协同研究。有时还需要进行大区域的综合研究甚至全球性的研究工作。“3S”技术和迅速发展的网络技术使这种研究更为方便。如降雨、径流的空间分析；研究河流、湖泊和湿地等；地下水的补给、径流和排泄的研究；以及地表、地下水的联合调度和科学管理等等。此外，随着网络技术的飞速发展，特别是因特网的出现，提供了一种新的在全球范围内发布和展示数据以及获得各种信息的方法，WebGIS应运而生，标志着GIS系统集成技术的发展进入了一个新的阶段。未来人们利用网络进行资料共享、异地协作研究解决具体问题将是十分容易的事情。

二、以GIS为核心的水资源决策支持系统

系统具有综合性、多方面、多层次、多目标的强大功能，可辅助解决复杂的水资源问题。这样的系统通常具有属性数据库、应用数学模型库、图形图像库和用户查阅咨询平台。特别是水文、地下水模型与系统的有机结合，使模型结构、参数的调整更为方便快捷，同时利用GIS的强大功能来获取更广泛、更准确的空间参数；更重要的是使地下水模型的模拟计算实现动态化，为水资源的管理决策提供强有力的支持。

三、环境水污染的研究

GIS对于环境污染场地的恢复治理数据管理有很大的优势，确定、显示污染位置等对于使用3S来说是最平常的。利用综合信息的研究有利于揭示环境、水污染的内在规律。例如在法国利用地理信息系统SYWERGIS（1993年）进行地下水污染方面的研究，实践表明该系统具有很强的功能。此外，还可以建立预警系统，对水资源、环境进行预防和保护。

四、编制水文地质图

应用GIS技术可以编制水文地质图，国际水文地质学家协会在1995年发布了《水文地质图编图指南和标准图例》，介绍了应用水文地质地理信息系统（HYGIS）编制新一代水文地质图。HYGIS由水文地质数据库、工具方法库、用户界面和输入输出功能模块组成。数据库储存了与水文地质相关的各种信息（表格、图件、数字化和光电扫描资料、航片和卫星影像等）；工具方法库可提供计算模型、编辑方法和结果的表达方式。可以认为，数字化是未来水文地质图的发展方向。

水文地质勘查所使用的主要方法手段

进行水文地质调查所使用的基本方法手段或工种主要有10种：即水文地质测绘、水文地质钻探、水文地质物探、水文地质野外试验、地下水动态长期观测、室内分析测定与实验、同位素技术在水文地质调查中的应用、全球定位系统（GPS）的应用、遥感（RS）技术的应用、地理信息系统（GIS）的应用等。任何一项水文地质调查，基本上都是采用这些方法手段，通过这些方法手段的有机配合而组织起来的，这些方法手段（或工种）的精度直接决定了勘查成果的质量。近年来，航卫片地质水文地质解译、GPS技术、地理信息系统（GIS）、地下水同位素测试技术、核磁共振技术、水文地质参数的直接测定方法等新的技术方法已用于水文地质调查中，大大提高了水文地质调查的精度和工作效率。

1.水文地质测绘

水文地质测绘就是按一定的精度要求，对区内地质、水文地质界线和现象进行实地的观察、测量、描述、调查，并将它们绘制成图件，总结出一个地区的水文地质规律。水文地质测绘是认识一个地区水文地质条件的第一步，也是全部水文地质工作的基础。目前，航卫片解译等遥感技术，正广泛地成为水文地质测绘中的现代化有效手段。

2.水文地质钻探

水文地质钻探是勘探地下水的直接手段，同时，也是开采地下水的主要方法。由于它具有效率高、勘探深度大等特点，因而是一项主要的勘探工作。为了得到较好的效果，水文地质钻探必须建立在水文地质测绘等项工作的基础上。另外，在只需揭露近地表的地下水露头或与地下水有关联的一些地层、构造现象时，可直接使用坑、槽探。

3.水文地质物探

物探是水文地质勘探的重要手段之一，它与水文地质测绘和钻探相结合，可以有效地查明许多地质和水文地质问题，从而节省其他工种的工作量。需要着重说明，各种物探方法都有局限性，其结果具有多解性，使用中，应根据具体地质条件，进行分析、对比、综合研究，使解译结果真实的反映客观情况。水文地质工作中应用的主要物探方法有：电法、磁法、地震方法、放射性方法等，近年来，地质雷达、地球物理层析成像技术（CT）、核磁共振（NMR）等新技术、新方法也得到了广泛应用。

4.水文地质试验

在野外调查工作中，为取得各种水文地质参数或解决某些水文地质问题需进行相关的水文地质试验工作。水文地质野外试验主要包括：抽水试验、注水试验、渗水试验、地下水流速流向测定试验、连通试验、弥散试验等。根据调查工作需要，应合理布置这些试验。

5.地下水动态观测

由于地下水是变化的，为寻找其变化规律性，就需要对区内主要含水层中地下水的动态（包括水位、水量、水质、水温）进行长期的观测工作。依据观测结果，对区内地下水的形成和变化规律，水质、水量和水位进行正确地评价和预测。

6.室内实验、分析鉴定

实验室内实验、分析、鉴定等工作，主要是取得地下水质、岩石的水理学性质，岩石破坏及溶蚀机理，含水层的颗粒成分，地下水运动情况以及地下水年龄等资料。

7.同位素技术在水文地质调查中的应用

地下水在形成和运移过程中，各种化学组分的同位素成分都会进入水中，这些同位素踪迹便可为研究地下水及其与环境介质之间的关系提供重要信息。环境同位素能对地下水起着标记作用和记时作用。因此被广泛应用于水文地质调查工作中。目前在水文地质调查中应用同位素技术主要解决下列问题：①利用放射性环境同位素测定地下水年龄；②利用稳定环境同位素研究地下水的起源与形成过程；③利用放射性环境同位素研究包气带水的运动；④利用环境稳定同位素研究水中化学组分的来源；⑤利用放射性同位素示踪研究地下水运动及水文地质过程。

8.全球定位系统（GPS）技术的应用

全球定位系统（Global Positioning system，简写为GPS），也称全球卫星定位系统。GPS具有全球性、全天候、连续的三维测速、导航、定位与授时能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。目前，GPS已成为一种全天候、高精度的连续定位系统，且具有定位精度高、自动化、速度快、仪器操作简便、高效实用、方法灵活多样等特点。近十几年来，GPS在水文地质工程地质领域也得到了广泛应用。

GPS在水文地质工作中主要用于以下几个方面：①确定各种地质点（地质构造、地貌、第四纪地质、岩性点、采样点等）的位置及坐标（或经度、纬度），并可确定其走向或倾向；②确定井孔、泉、地下暗河等各种水文地质点的位置及坐标；③确定各类地质点及井、孔、泉水等水文地质点的高程；④确定各类地质点、水文地质点之间的距离；⑤地图功能、导航功能等；⑥确定勘探线方向或水文地质剖面线的方位；⑦查找地图上有关信息点、兴趣点；⑧数据存储、记忆功能，可建立数据库，并对数据进行下载和转换等。

9.遥感（RS）技术在水文地质调查中的应用

遥感（Remote Sensing，简称RS）就是“遥远的感知”，它是应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特征记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。换言之，遥感技术是根据电磁波理论，用装置在飞机或人造卫星等各种飞行器上的专门仪器，接收地面上各种地质体发射或反射的各种波谱信息，由于不同的地质—水文地质体发射、吸收、反射、散射和透射的电磁波波长和频率不同，从而解译判定出被测地区的地貌、地质、水文地质条件，并可绘制成各种图件。其特点是调查面积大，周期快，应用面广，在提高调查质量，加快调查进度、减少测绘和勘探工作量，减轻体力劳动等方面独具优越性。

遥感技术（RS）有许多种类，目前在水文地质调查中常用的是航空摄影、红外探测和多波段测量。利用航空照片可以解译含水层和含水构造，查明区域水文地质条件，圈定富水地段，划分汇水面积等。红外遥感技术在寻找浅层地下水方面（如寻找古河道，找出地下水露头的位置、大小、数量、探测地下热水，研究岩溶区的水文地质条件等）具有良好效果。利用地球卫星图像可对地球资源进行调查和进行环境监测，可解译出区域的地貌形态、地层岩性及地质构造，同时还可圈定冲积含水层，寻找泉及地下水溢出带、浅层地下水分布区，以及用于调查地表水资源和监测环境污染等。

10.地理信息系统（GIS）在水文地质调查中的应用

地理信息系统（Geographical Information System，简写为GIS），是对各种地理信息或空间信息进行获取、处理、分析和应用的计算机技术系统。

地理信息系统（GIS）已开始用于地下水研究中。地理信息系统（GIS）在水文地质调查中的应用主要有以下几个方面：①建立地下水数据库及模拟系统。②识别含水层，合理开发利用地下水资源。③进行地下水水质研究。④进行地下水资源管理。⑤编制水文地质图。⑥地下水模拟及可视化。

全球定位系统（GPS）、遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS），简称“3S”技术。“3S”技术是从20世纪60年代逐渐发展起来的、现已日渐成熟的空间信息处理技术。由于“3S”技术的日渐成熟，澳大利亚、美国、加拿大等国20世纪80年代就已开始运用“3S”技术进行数字化地质填图，从而实现了地质填图的计算机化和信息化，极大地提高了工作效率。我国数字化地质填图工作起步于20世纪90年代。目前，以“3S”技术为基础的数字化地质填图，正在地质、水文地质调查工作中逐步推广应用。

GIS技术在工程建设应用？

1GIS在水利水电工程建设中的应用

1.1GIS在防洪工作中的应用GIS可以在洪涝灾害、雨情和险情时提供及时的信息，并及时对信息进行储存和管理，对数据进行分析，然后发出预警，提供防灾的决策和支持，进行灾情的数据评估，拟定出救灾的线路，对灾区的降雨量进行预测和分析。

1.2GIS在水资源环境保护方面的应用在水资源的保护方面，GIS首先可以对水资源和周围的生态环境进行监测，对周围生态环境的变化进行分析，然后进行数据总结，对水资源进行管理，对已经污染的水资源发出预警。

1.3GIS促进水土的保持GIS进行土壤侵蚀程度的分析，对土壤的侵蚀状况进行调查和分析，对侵蚀的程度进行评估，便于对侵蚀严重的土壤进行保护。

1.4GIS在对河道口的监测作用GIS实现对河道口的泥沙淤积状况进行监测的功能，实现对淤积的位置定位，有助于施工人员及时地进行淤泥的清除，保障了河道的通畅。

1.5GIS对水环境的检测作用GIS可以对水的质量进行监测，对水环境进行有效管理，有效地防止了水体的污染。

1.6GIS对水电水利工程的监测和管理作用GIS在水利水电工程的选址方面起到重要的作用，其定位作用可以进行地环境容量调查，对梯级开发的淹没程度进行调查，对大型水利工程的防洪进行规划和管理。

1.7GIS在水利水电的动态演示系统的应用

1.7.1实现对工程环境进行虚拟设定GIS应用立体的动画技术，在计算机内虚拟绘制整个水利水电工程的框架，这个框架在各个角度都可以进行观察，可以观察到工程的整个面貌，也可以对工程的内部结构进行观察。在动画中，施工者可以看到引水洞、母线洞等内部结构，帮助施工者进行数据分析，便于对整个施工过程进行掌控。GIS还可以将工程周围的地形进行勘测，施工人员掌握周围的地形，在施工过程中因地制宜。

1.7.2地下洞室的形象进度在施工过程中，地下洞室的施工在GIS的运作下，可以呈现动态的展示，并且GIS对施工的过程记录得非常详细，施工人员可以看到任何时间段的施工，可以看到施工的细节，也可以看到施工的全貌。

1.7.3GIS可以监测到单向洞的开挖过程和开挖顺序等在施工过程中，GIS利用导航和定位作用，可以进行单向洞开挖顺序的设计，并准确记录单向洞开挖的过程。

2GPS技术在水利水电工程中的应用

2.1GPS技术可以探究区域构造的稳定性由于遥感技术可以提供大量的地质构造信息，因此，我们通过遥感就可以观察到一个区域的地貌特征、湿度状况和地形形态特征，可以探究区域的构造，对判断周围地区的构造是否稳定有着极大的作用。

2.2GPS技术可以对泥石流、滑坡进行预防在大型的水利水电工程区经常出现泥石流、滑坡等严重灾害，遥感技术可以利用航卫片或彩虹出片对地质进行勘测，当泥石流要发生时，可以及时的发出预警，避免人员的伤亡和财产的损失。

2.3遥感技术可以进行岩溶分析在水利水电工程施工过程中，可以利用红外影像进行岩溶和水文地质的监测，红外影像可以很好的判断各种地貌的现象，判断施工区域内有没有地下水。

2.4GPS技术可以促进水土的保持在水利水电工程施工区域，水土的保持是很重要的，施工地区环境脆弱，容易发生水土流失和泥石流等灾害，因此，遥感技术利用其定位和监测技术划定出生态脆弱的区域，然后发出预警，呼吁人们进行区域内的水土保持工作。

3结束语

现在，水利水电工程正在蓬勃发展，信息自动化技术广泛应用于水利水电工程的施工中，提高了施工效率，增强了施工的安全性。随着大型的水利水电工程的实施，信息自动化装置系统的应用将是大势所趋，符合水利水电系统管理的实时、快速化特点。信息自动化技术为水利水电工程的施工提供了技术上的支持，促进工程的实施和发展。

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预备知识 水文地质勘察概述

主要掌握水文地质勘察的目的、任务、重要性，水文地质勘察所使用的主要方法手段、阶段划分和水文地质勘察工作程序（工作步骤）等。它是关于水文地质勘察方法的导论性和综合性内容。在学习过程中，应注意对水文地质勘察方法手段、阶段划分的理解，掌握勘察工作程序和步骤，学以致用。

学习目标

※ 知识目标

1）掌握水文地质勘察的目的、任务及重要性。

2）掌握水文地质勘察的工作方法和工作程序。

※ 能力目标

1）具备水文地质勘察的工作能力。

2）学会水文地质勘察的工作程序。

认知思考

1）如何进行水文地质勘察工作?

2）水文地质勘察有哪些工作步骤?

学习内容

（一）水文地质勘察的目的、任务、重要性及类型

水文地质勘察工作的目的是运用各种技术方法和手段揭示一个地区的水文地质条件，掌握地下水的形成、赋存、运动特征和水质、水量变化规律。水文地质勘察的任务是为国民经济建设、发展规划或工程项目设计提供水文地质资料。

水文地质勘察是一项复杂而重要的工作。其复杂性是因为地下水具有流动性，水质、水量随时空变化，而且所使用的勘察方法种类较多。其重要性包括：①认识来源于实践。人们对一个地区水文地质条件的认识，对各项生产建设中所提出的水文地质问题的解答，都要通过各种水文地质勘察来完成，即水文地质资料来源于勘察。一切水文地质生产和科学研究成果质量的高低和结论的正确与否，主要决定于占有资料的多少及其是否正确可靠。②水文地质勘察与勘探是一项费用高、工期长的工作，如果勘探工程布置不当，或不按规范（程）的技术要求进行，其后果将是既浪费勘察费用，又不能提供工程设计所需要的水文地质资料；如果据其得出错误的结论，将会给工程建设、国家财产、生产环境等诸多方面造成巨大的损失。

水文地质勘察工作，按其目的、任务和勘察方法的特点，可分为三类：

1）区域性水文地质勘察。是指中小比例尺的综合性水文地质勘察，亦称综合水文地质勘察。其勘察目的主要是为国民经济建设和某项国民经济的远景规划提供水文地质依据。有时，这种勘察也可能是为某项专门性的水文地质勘察任务（如城市供水、矿山排水、环境水文地质勘察等）提供区域性的水文地质背景资料。如一些大型供水项目，为提出几个可能的水源地比较方案，或为查明水源地的补给范围、补给来源、补给边界位置和性质，均需进行区域性的水文地质勘察工作。区域性水文地质勘察的主要任务是，概略查明区域性宏观的水文地质条件，特别是区域内地下水的基本类型及各类地下水的埋藏分布条件，地下水的水量及水质的形成条件，以及地下水资源的概略数量。区域性水文地质勘察的范围一般较大，可以是数百、数千平方千米。具体范围视任务需要而定，可以是某个自然单元，一个或数个较大的水文地质单元，也可以是某个行政区域，多是按国际地形图幅进行勘察，勘察图件的比例尺一般小于1∶10万。

2）专门性水文地质勘察。专门性水文地质勘察是为专门目的或某项生产建设而进行的勘察工作。其勘察的目的是为其提供所需的资料，有时，为了进行地下水某方面的科学研究（如城市供水、矿山排水、环境水文地质等），也要开展专门性水文地质勘察。专门性水文地质勘察的任务是：较详细地查明勘察区的水文地质条件，解决所提出的生产问题，为工程建设项目或其他专门目的提供水文地质资料和依据。专门性水文地质勘察的范围，视工程项目的规模或科研的需要而定。例如，供水水文地质勘察的范围，要根据需水量的大小来确定，一般应包括水源地在开采条件下可能的补给范围；矿床水文地质勘察的范围，应根据矿井在最大疏干深度条件下可能补给矿坑（井）的补给范围来确定；环境水文地质勘察的范围，至少应把地下水污染区和污染源包括在内。专门性水文地质勘察的比例尺，一般要求大于1∶5万。

3）地下水动态和均衡监测。任何类型的水文地质勘察和研究工作，在定性或定量评价水文地质条件时，都需要地下水动态和均衡方面的资料，因此，都应进行地下水动态和均衡的监测。地下水动态和均衡要素监测工作的持续时间有长有短。如为区域或专门性水文地质勘察提供地下水动态、均衡资料的监测工作，则可仅在某一段时间内进行，一般只要求1～2年；如果为国民经济建设长远规划和综合目的（包括地下水资源管理及保护）而进行的监测工作，则是长期性的。

随着地下水资源的大规模开发利用，与地下水有关的环境地质问题越来越多。因此，地下水动态与均衡的监测的意义日显重要。监测项目主要包括：地下水位、水量、水质、水温，以及环境地质项目等。

（二）水文地质勘察所使用的主要方法手段

进行水文地质勘察所使用的基本方法手段或工种主要有10种：即水文地质测绘、水文地质钻探、水文地质物探、水文地质野外试验、地下水动态长期观测、室内分析测定与实验、同位素技术在水文地质勘察中的应用、全球定位系统（GPS）的应用、遥感（RS）技术的应用、地理信息系统（GIS）的应用等。任何一项水文地质勘察工作，基本上都是采用这些方法手段，这些方法手段（或工种）的精度直接决定了勘察成果的质量。近年来，航卫片地质水文地质解译、GPS技术、地理信息系统（GIS）、地下水同位素测试技术、核磁共振技术、水文地质参数的直接测定方法等新的技术方法已用于水文地质勘察中，大大提高了水文地质勘察的精度和工作效率。

1.水文地质测绘

水文地质测绘就是按一定的精度要求，对区内地质、水文地质界线和现象进行实地观察、测量、描述、勘察，并将它们绘制成图件，总结出一个地区的水文地质规律。水文地质测绘是认识一个地区水文地质条件的第一步，也是全部水文地质工作的基础。目前，航卫片解译等遥感技术，正广泛地成为水文地质测绘中的现代化有效手段。

2.水文地质钻探

水文地质钻探是勘探地下水的直接手段，同时，也是开采地下水的主要方法。由于它具有效率高、勘探深度大等特点，因而是一项主要的勘探工作。为了得到较好的效果，水文地质钻探必须建立在水文地质测绘等工作的基础上。另外，在只需揭露近地表的地下水露头或与地下水有关联的一些地层、构造现象时，可直接使用坑探或槽探。

3.水文地质物探

物探是水文地质勘探的重要手段之一，它与水文地质测绘和钻探相结合，可以有效地查明许多地质和水文地质问题，从而节省其他工种的工作量。需要着重说明，各种物探方法都有局限性，其结果具有多解性，使用中，应根据具体地质条件，进行分析、对比、综合研究，使解译结果真实地反映客观情况。水文地质工作中应用的主要物探方法有：电法、磁法、地震方法、放射性方法等。近年来，地质雷达、地球物理层析成像技术（CT）、核磁共振（NMR）等新技术、新方法也得到了广泛应用。

4.水文地质野外试验

在野外勘察工作中，为取得各种水文地质参数或解决某些水文地质问题需进行相关的水文地质试验工作。水文地质野外试验主要包括：抽水试验、注水试验、渗水试验、地下水流速流向测定试验、连通试验、弥散试验等。根据勘察工作需要，应合理布置这些试验。

5.地下水动态长期观测

由于地下水是变化的，为寻找其变化规律，就需要对区内主要含水层中地下水的动态（包括水位、水量、水质、水温）进行长期的观测工作。依据观测结果，对区内地下水的形成和变化规律，水质、水量和水位进行正确地评价和预测。

6.室内分析测定与实验

实验室内分析、测定等工作，主要是获得地下水质、岩石的水理性质、岩石破坏及溶蚀机理、含水层的颗粒成分、地下水运动情况以及地下水年龄等资料。

7.同位素技术在水文地质勘察中的应用

地下水在形成和运移过程中，各种化学组分的同位素成分都会进入水中，这些同位素踪迹便可为研究地下水及其与环境介质之间的关系提供重要信息。环境同位素能对地下水起着标记和计时作用。因此被广泛应用于水文地质勘察工作中。目前在水文地质勘察中应用同位素技术主要解决下列问题：①利用放射性环境同位素测定地下水的年龄；②利用稳定环境同位素研究地下水的起源与形成过程；③利用放射性环境同位素研究包气带水的运动；④利用环境稳定同位素研究水中化学组分的来源；⑤利用放射性同位素示踪研究地下水运动及水文地质过程。

8.全球定位系统（GPS）的应用

全球定位系统（global positioning system，简写为GPS），也称全球卫星定位系统。GPS具有全球性、全天候、连续的三维测速、导航、定位与授时能力，而且具有良好的抗干扰性和保密性。目前，GPS已成为一种全天候、高精度的连续定位系统，且具有定位精度高、自动化、速度快、仪器操作简便、高效实用、方法灵活多样等特点。近十几年来，GPS在水文地质工程地质领域也得到了广泛应用。GPS在水文地质工作中主要用于以下几个方面：①确定各种地质点（地质构造、地貌、第四纪地质、岩性点、采样点等）的位置及坐标（或经度、纬度），并可确定其走向或倾向；②确定井孔、泉、地下暗河等各种水文地质点的位置及坐标；③确定各类地质点及井、孔、泉水等水文地质点的高程；④确定各类地质点、水文地质点之间的距离；⑤地图功能、导航功能等；⑥确定勘探线方向或水文地质剖面线的方位；⑦查找地图上有关信息点、兴趣点；⑧数据存储、记忆功能，可建立数据库，并对数据进行下载和转换等。

9.遥感（RS）技术的应用

遥感（remote sensing，简称RS）就是“遥远的感知”，它是应用探测仪器，不与探测目标直接接触，从远处把目标的电磁波特征记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。换言之，遥感技术是根据电磁波理论，用装置在飞机或人造卫星等各种飞行器上的专门仪器，接收地面上各种地质体发射或反射的各种波谱信息，由于不同的地质-水文地质体发射、吸收、反射、散射和透射的电磁波波长和频率不同，从而解译判定出被测地区的地貌、地质、水文地质条件，并可绘制成各种图件。其特点是勘察面积大、周期快、应用面广，在提高勘察质量、加快勘察进度、减少测绘和勘探工作量、减轻体力劳动等方面独具优越性。遥感技术（RS）有许多种类，目前在水文地质勘察中常用的是航空摄影、红外探测和多波段测量。利用航空照片可以解译含水层和含水构造，查明区域水文地质条件，圈定富水地段，划分汇水面积等。红外遥感技术在寻找浅层地下水方面（如寻找古河道，找出地下水露头的位置、大小、数量，探测地下热水，研究岩溶区的水文地质条件等）具有良好效果。利用地球卫星图像可对地球资源进行勘察和环境监测，可解译出区域的地貌形态、地层岩性及地质构造，同时还可圈定冲积含水层，寻找泉及地下水溢出带、浅层地下水分布区，以及用于勘察地表水资源和监测环境污染等。

10.地理信息系统（GIS）的应用

地理信息系统（geographical information system，简写为GIS），是对各种地理信息或空间信息进行获取、处理、分析和应用的计算机技术系统。地理信息系统（GIS）已开始用于地下水研究中。地理信息系统（GIS）在水文地质勘察中的应用主要有以下几个方面：①建立地下水数据库及模拟系统；②识别含水层，合理开发利用地下水资源；③进行地下水水质研究；④进行地下水资源管理；⑤编制水文地质图；⑥地下水模拟及可视化。

全球定位系统（GPS）、遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS），简称“3S”技术。“3S”技术是从20世纪60年代逐渐发展起来的、现已日渐成熟的空间信息处理技术。由于“3S”技术的日渐成熟，澳大利亚、美国、加拿大等国20世纪80年代就已开始运用“3S”技术进行数字化地质填图，从而实现了地质填图的计算机化和信息化，极大地提高了工作效率。我国数字化地质填图工作起步于20世纪90年代。目前，以“3S”技术为基础的数字化地质填图，正在地质、水文地质勘察工作中逐步推广应用。

（三）水文地质勘察工作阶段的划分

专门性的水文地质勘察工作，一般都是分阶段进行的，其原因主要在于：①专门性水文地质勘察是为专门目的或工程建设项目服务的，而项目的设计工作一般都是分阶段进行的，不同设计阶段所需水文地质资料的内容和精度也有不同的要求，为满足设计的需要，水文地质勘察工作亦应划分为相应的阶段进行；②把勘察工作分为不同的阶段，可以使整个勘察工作有次序、有侧重，逐渐深入进行，可使我们对勘察区水文地质条件的认识由浅入深，防止某些疏忽、遗漏或片面性，避免在勘察工作中犯重大的、全面性的错误。不同任务的专门性水文地质勘察工作，其勘察阶段的划分一般是各不相同的。

通常，水文地质勘察原则上可分为水文地质普查、水文地质初步勘探（简称初勘）、详细勘探（简称详勘）和开采四个阶段。其中初步勘探和详细勘探统称为水文地质勘探阶段。一般水文地质普查属于综合性水文地质勘察，水文地质勘探属于专门性水文地质勘察。

1.水文地质普查阶段

它是为经济建设规划提供水文地质资料而进行的区域性综合水文地质勘察工作，采用的比例尺一般为1∶20万或1∶10万。勘察工种以水文地质测绘为主，配合少量的勘探和试验工作，其主要任务是查明区域地下水形成的初步规律，提供区域水文地质条件资料，并概括地对区域地下水量和开发远景做出评价，为国民经济远景规划和为水文地质勘探设计提供依据。具体要求是初步查明主要含水层的埋藏和分布特征、地下水形成条件、地下水类型、地下水的水质、地下水补给与排泄条件、地下水运动规律等。

2.水文地质初勘阶段

它是在水文地质普查的基础上，为某项生产任务而进行的专门性水文地质勘察工作。主要工作是进行大中比例尺（1∶10万或1∶5万）的水文地质测绘、少量的水文地质勘探、试验和一定时期的地下水长期观测工作。本阶段的任务是较确切地查明地质条件和地下水形成条件、赋存特征，初步评价地下水资源，进行水源地方案比较，初步圈定供水开采地段（或重点排水地段），预测水量、水质和水位变化，提出合理开发（或疏干）措施，为供（排）水初步设计或布置详细勘探工作提供依据。

3.水文地质详勘阶段

通常是在初勘圈定的地段上进行进一步的详细勘探和研究，主要工作以勘探、试验为主，并要求有一年以上的长观资料，且要进行全面的室内实验、分析和研究，该阶段的工作比例尺一般为1∶2.5万、1∶1万或更大。该阶段的任务是精确地查明勘察区的水文地质条件，对水质水量做出精确、全面的评价，提出合理开采方案，为技术（施工）设计提供依据。

4.开采阶段

主要工作是进行水源地开采动态的研究，必要时辅以补充勘探、专门性试验等，查明水源地扩大开采的可能性，或研究水量减少、水质恶化和不良工程地质现象等发生的原因，验证地下水的允许开采量（可开采量），为合理开采和保护地下水资源，为水源地的改、扩建设计提供依据，在条件具备时，建立地下水资源管理模型及数据库。对某个具体工程勘察项目应划分为几个勘察阶段，应根据当地水文地质条件的复杂程度、工程建设项目的规模和重要性及已有水文地质研究程度等具体确定。例如：①勘察区的水文地质条件极复杂，需水量（或排水量）大，在详细勘探之后，则应进行开采阶段的水文地质工作，亦称专题性的水文地质勘探。②已有1∶20万或1∶10万比例尺的区域水文地质勘察成果，或者供水工程项目规模较小，可不进行普查阶段（或规划阶段、前期论证阶段）的勘察工作，或只进行补充性的勘察工作。③如供水工程项目无不同的水源地比较方案，则可将初勘和详勘合并为一个勘探阶段。④需水量较小的单个厂、矿、企事业单位的供水工程项目，当水文地质条件又不十分复杂，只需开凿2～3个钻孔即可满足需水量需要时，可采用勘探和开采结合方式，直接进入开采阶段的勘察。⑤对于农田灌溉供水水文地质勘察，鉴于农田供水的保证程度较低，故一般只需划分为普查、详查和开采三个勘察阶段。⑥对于矿床水文地质勘察阶段的划分，一般应与矿床水文地质勘探阶段划分相一致，划分为普查找矿、初勘与详勘三个阶段。

（四）水文地质勘察工作的程序（工作步骤）

水文地质勘察工作，应按一定的工作程序有计划、有步骤地进行。一般的原则是：先设计后施工，先普查后勘探。一般的工作程序如下：

1.接受勘察任务

勘察任务分为纵向任务（上级下达的）和横向任务（地方委托的）。纵向任务既可以是上级主管部门下达的指令性任务，也可以是生产单位立项经上级主管部门批准后下达的任务。如为横向任务，则需和任务委托单位（一般称甲方）签订委托任务合同后，方算正式确定勘察任务。

2.准备工作

接受勘察任务后，要进行准备工作，主要是人员组织准备、技术准备、物资后勤等方面的准备。其中技术准备中编写设计书是水文地质人员的主要工作。在设计书编写前，应充分收集勘察区已有的自然地理资料、地质、水文地质资料及图件等，对勘察区的水文地质条件和问题有初步认识，并确定勘察区的研究程度。必要时，应进行野外现场踏勘，踏勘路线应力求穿过勘察区地层发育比较完整、水文地质条件有代表性的剖面，并了解勘察区的自然和工作条件，使编写的设计书更加符合实际。

设计书是布置和进行各项勘察工作的基本依据，是水文地质勘察的“作战方案”。设计书的类型一般可分为整体设计、年度设计、单项设计等。设计书的主要内容如下：

1）勘察区的自然地理、地质、水文地质条件，内容包括：①勘察工作的目的、任务，勘察区位置、面积及交通条件，勘察阶段和勘察工作起止时间；②自然地理及经济地理概况；③已有地质、水文地质研究程度及存在问题；④勘察区地质、水文地质条件概述。

2）勘察工作设计，主要内容包括：①勘察工作拟投入的工种、工作布置方案、工作依据的主要技术规范、工作量及每项工作的主要技术要求。布置勘察工作时，既要满足有关规范对工作量定额及工作精度的要求，又要考虑查清重要地段和完成关键任务，防止平均使用勘察工作量；②物质、设备计划，人员组织分工，经费预算及施工进度计划书；③预期勘察工作成果。

3.野外工作

野外工作就是在野外现场进行各项水文地质勘察工作。水文地质勘察投入的工种顺序为：水文地质测绘→物探→勘探→试验→长期观测。前者是后者的基础，所揭示的问题也是逐步深入的。各工种投入的工作量，应根据具体条件，既要做到经济技术上合理可行，又能取得高质量的成果。野外工作中，要保质保量地进行观察、测量，做好原始资料的编录，正确地绘制野外工作各种图件。工作中应加强综合分析，注意各工种间的有机配合，要注意做好有关室内的实验、分析、鉴定等工作。野外工作期间，也可再分若干时段，按时段组织勘察、检查和总结，在野外工作期间，可根据实际情况，对设计书进行适当修改，但进行重大改变，应提出补充设计。有关野外勘察的工作方法和内容，将在以后有关内容进行介绍。

4.室内工作

室内工作主要是将野外勘察获得的资料，认真地进行校核、整理、分析，编写水文地质勘察工作成果。勘察成果一般包括水文地质图件和文字报告两部分。

最后，按规定程序组织勘察成果的验收和鉴定工作。

知识小结

通过学习，应掌握以下重点内容：①水文地质勘察所使用的10种主要方法，掌握每种方法的应用和优缺点；②水文地质勘察阶段划分：普查、详查、勘探、开采；③水文地质勘察工作的程序（工作步骤）：接受勘察任务→准备工作→野外工作→室内工作→鉴定验收。

知识训练

1.水文地质勘察的目的、任务是什么?

2.进行水文地质勘察工作有何意义?

3.水文地质勘察工作有几种类型?各有什么特点?

4.水文地质勘察方法手段有哪些?各有什么特点和作用?

5.试比较水文地质测绘、水文地质钻探、水文地质物探三种方法的优缺点。

6.水文地质试验中最主要的试验是哪种?

7.什么是“3S”技术?各有什么作用?

8.为什么要划分水文地质勘察阶段?各行业（部门）水文地质勘察阶段是如何划分的?

9.通常水文地质勘察如何划分勘察阶段?各阶段的任务和要求是什么?

10.水文地质勘察工作的工作程序（工作步骤）是什么?

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