基于DEM和遥感影像提取的线性体推求岩溶流域地下水流向的研究

摘要

岩溶流域具有可溶岩地层与非可溶岩地层相间产出，隐伏岩溶发育并成带状分布，落水洞、伏流/暗河、岩溶泉、地下河等地下径流发育的特征。错综复杂的地质构造，使得岩溶流域含水系统中连通地表的落水洞等垂直管道与几乎接近水平的地下暗河关联起来。地表降雨形成的降水及其地表径流，都沿着这些垂直性管道方向汇入地下河系，从而改变了水及其所携带的非点源污染物质在垂直与水平方向的传输速度与数量，使岩溶流域内地表-地下之间的物质交换与传输过程变得比较复杂。因此，获取岩溶流域地下水的流向，对于进一步开展非点源污染形成与传输的机理研究具有重要作用。
　　传统的水文地质主要是通过电解质等方法获取地下水的流向，但其视域有限，费时费力。随着遥感、地理信息系统等技术的发展与应用，以及对区域的地质构造和地下流体具有重要指示作用的遥感线性体技术的不断成熟，使得运用遥感线性体快速获取地下水流向的方法逐渐成为可能。为进一步满足探讨落水洞、伏流/暗河、岩溶泉等岩溶特征对地表-地下水文与营养盐交互作用，以及开展岩溶区域非点源污染形成与传输的机理研究的需要。本文针对单独使用DEM和Landsat-8遥感影像获取的线性体时存在的不足，以具有我国中东部典型岩溶地貌特征的江西省瑞昌市的长河流域为研究区，基于DEM和Landsat-8遥感影像数据，采用滤波处理、边缘提取、二值化、拓扑重建等方法提取长河流域DEM和遥感影像的线性体；以DEM的线性体为主，遥感影像的线性体为辅，根据线性体的大致走势推求岩溶流域地下水的流向，并结合野外实地获取的数据进行验证，得到以下结论：
　　（1）分别对DEM高程数据和遥感影像进行中值滤波、高斯滤波、方向滤波、边缘检测、二值化等处理，结合河网数据和土地利用数据进行干扰信息剔除，最终获取长河流域DEM和遥感影像的线性体。通过分析获取的线性体，得知长河流域的西边区域线性体比较密集，尤其是西南方向，大致可推出该区域地质构造比较复杂；与实际的地质构造数据对比得知，研究区的西边区域地质构造比较复杂，说明提取的线性体在一定程度上能比较好地反映研究区的实际地质构造。
　　（2）以DEM线性体为主，遥感影像线性体为辅，对获取的线性体进行密度分析，得知线性体密度值高的区域大部分位于研究区主构造的经过区，说明提取的线性体与实际地质情况比较符合；通过频数-长度直方图和正态QQ图分析，得知提取的线性体数据呈正态分布，说明获取的线性体具有一定的可信度。
　　（3）根据线性体的大致走势以及高程数据推求研究区地下水的流向，将野外实地获取的数据与推求的地下水流向图进行验证，得知推求的研究区地下水流向与野外实地获取的数据吻合度较高。

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目录

1 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究方法及其进展

1.3 研究方案

2 研究区概况及数据

2.1研究区概况

2.2 研究区数据

3 基于DEM的线性体提取

3.1 水文网信息提取

3.2 DEM线性体提取

4 基于遥感影像的线性体提取

4.1 遥感影像预处理

4.2 遥感影像线性体提取

5 基于DEM和遥感影像的线性体推求岩溶流域地下水流向

5.1 DEM的线性体

5.2 遥感影像的线性体

5.3 线性体分析

5.4 地下水流向推求及流向验证

6 结论

参考文献

附 录（一）

附 录（二）

致谢

在读期间发表的论文（著）及科研情况