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1、水环境监测遥感技术的应用我国水环境状况不断恶化，提高水环境监测效率的工作势在必行；传统监测方式存在局限性，在现实需求与现有监测方式不足这一冲突不断激化的背景下，遥感技术在水环境监测中得到快速而广泛的应用；随着遥感技术的不断发展，遥感数据的时间、空间和光谱辨论率将越来越高，生态监测的频次、监测容和数据精度也会逐步提高，为遥感技术在水环境监测中的应用供应了更牢固的保证；1. 遥感技术在水环境中的应用遥感是指在不直接接触目标地物的情形下，对目标地物进行远距离探测、识别和猎取地物信息的过程，空间中的电磁波、声波、重力场等都可用作遥 感，但通常所述遥感是指利用电磁波猎取目标地物信息的电磁波遥感；由于任何
2、温度高于肯定零度的物体均能发射、反射或吸取能量辐射，而且不同物体有不同性质结构，所以不同地物均具有其特殊的辐射特性；同样在水环境监测 中，不同温度、泥沙含量、藻类数量、污染程度的水体也都有不同的辐射特 性，通常各种水体的特性可以通过遥感图像反映出来；污染水体具有不同于清洁水体的光谱特点，这些光谱特点表达在对特定波长的吸取或反射，而且这些光谱特点能够为遥感器捕捉并在遥感图像中表达出来；依据对图像的识别情 况，我们就可以获得水体的水质参数或者水体污染状况；有基于此，遥感技术可以在水环境监测中得到应用；相伴着社会经济等各方面的快速进展，我国江河湖海的各种水体受污染程度也不断加重，包括生活废水污染、泥
3、沙等悬浮固体污染、石油污染、重金属污染、富养分化污染和热污染等；中国环境监测总站供应资料说明，我国水环境面临三大问题：主要污染物排放量远远超过水环境容量；江河湖泊普遍遭受污染；生态用水缺乏，水环境恶化加剧；水污染的现状可以说明，我国水环境污染形势严肃，因此提高水环境监测效率的工作势在必行；传统方式的水环境监测主要是地面布点采样，然后试验室分析得出结论，这种方式由于受自然条件和时空等因素影响，具有肯定的局限性；例如，在大面积水域的监测过程中，仅仅依靠于监测台站和传统监测方式，很难满意对水体污染监测所需的实时、快速、宏观、精确的监测要求，从而不能全面精确地反映出水体状Word 文档况；而与传统监测
4、方式相比，遥感技术具有宏观、综合、动态和快速的特点， 并且可以猎取其他监测手段无法猎取的信息；水环境状况的恶化和传统监测方式的不足，将促使遥感技术在水环境监测中的广泛应用；2. 水环境遥感应用的常用平台与数据通常，水环境监测主要利用的是卫星遥感和航空遥感平台，主要利用的数据包括遥感集市高分数据 GF-1 、ZY-3 数据、美国 Landsat-MSS 、TM 数据， 法国 SPOT-HRV 数据以及各种航空遥感数据； 20 世纪 70 岁月到 80 岁月初，航空遥感广泛应用于监测海水中的浮游植物；80 岁月中期以后遥感监测水质的工作主要利用卫星数据和航天平台上的多光谱扫描仪及成像光谱仪的遥测数
5、据；水环境遥感监测中常用数据就其应用可以归为以下几类；2.1 多光谱遥感数据在水环境的遥感监测中，常用的多光谱遥感数据包括遥感集市GF1- WFV1 、美国 Landsat-MSS 、TM 、法国 SPOT-HRV 、等的图像数据，以及中国与古巴合作的地球资源 1 号卫星（ CBERS）的 CCD 相机数据等； MSS 数据最早被用于陆水体的水质监测，如Lathrop和 Kloiber等学者的讨论说明陆水体中的叶绿素 a 浓度、悬浮物浓度可以通过 MSS 数据监测； Lathrop等对美国 Michigan湖的 Green 湖湾作了一系列遥感讨论 ，估测了包括叶绿素 a、悬浮物、透亮度在的多项
6、参数，取得了较抱负的结果；旭文等利用TM 数据对水道水质进行过综合分析；余丰宁等用TM 图像对太部水质进行了主成分监督分类的讨论；2.2 高光谱遥感数据现有高光谱数据可以分为两类：成像光谱仪数据和非成像光谱仪数据；成 像光谱仪数据主要利用的是美国的AVIRIS 数据、加拿大的 CASI 数据、芬兰的 AISA 数据、中国的 PHI 数据以及 OMIS数据、 SEAWIFS 数据；非成像光谱仪是指不以影像记录为目的，而是以非影像的方式记录信息的地面光谱测量 仪；例如， ASD 野外光谱仪、便携式超光谱仪等；在对我国太湖进行水质监测时，水面光谱测量就使用了 GRE-1500便携式超光谱仪；2.3
7、新型的更为先进的遥感数据Word 文档事实上新型遥感数据也无外乎多光谱和高光谱遥感数据，但是新的卫星升 空为水环境的遥感监测供应了更高空间、时间和光谱辨论率的遥感数据；如 ETM+ 、MERIS 多光谱数据， Hyperion、MODIS 高光谱数据；新型卫星遥感数据在水环境监测中的应用在国外尚处于起步阶段，其特性为水环境监测供应 了机遇； MODIS 是 EOS-AM1系列卫星的主要探测仪器，属于波段不连续（光谱围 0.4 14.5 m ）、数量少（波段 36 个）、地面辨论率较低的一类高光谱传感器；其空间辨论率为 250m 、500m 、1000m ，每日或每两日可获得一次全球观测数据，适
8、合进行大围动态监测；3. 水体的光谱特点由于遥感测定的是地物的反射辐射，所以我们以反射波谱特性曲线来讨论水体的光谱特点，反射波谱特性曲线是指某物体的反射率（或反射辐射能）随波长变化的规律，以波长为横坐标、反射率为纵坐标所得的曲线；3.1 自然水体的光谱特点自然水体的反射主要在蓝绿光波段，其他波段吸取率很强，特殊是在近红外、中红外波段有很强的吸取带，反射率几乎为零，因而在红外波段上水体比较简单识别；较洁净自然水体在0.4 1.1 m 波段的光谱反射率约 1% 3% ， 其平均反射率约 2% ；但当水中含有其他物质时，反射光谱曲线会发生变化；当含有泥沙时，由于泥沙的散射作用，可见光波段发射率会增加
9、，峰值显现在黄红区；当水中含有叶绿素时，近红外波段明显抬升；由泥沙、自然有机物和浮游生物造成的浑浊水体通常比清亮水体的光谱反射率要高一些；有讨论表明，浑浊河水（含悬浮物质 99mg/L ）比清亮湖水（含悬浮物质 10mg/L ）的光谱反射率高 1.5% 6% ；这些都是影响分析的重要数据；3.2 污染水体的光谱特点污染物质种类各异，其物理化学性质也不尽相同，因而对水体的光谱反射 率影响也各不相同；含黑色物质和暗色物质悬浮物较多的污染水体，在0.4 1.1 m 波段的反射率比洁净的自然水体的反射率略低一些；含中等色调悬浮污染物质较多的水体其在上述波长的反射率比洁净水体的反射率要高一些；而含 浅色
10、和白色色调悬浮污染物质较多的水体，其在0.4 1.1 m 波段的反射率就显著地高于洁净的自然水体的反射率4. 遥感监测水质参数的原理与方法遥感监测水质参数的原理主要是被污染或含有某种物质的水体具有特殊而区分于洁净水体的光谱特点；诸如水中悬浮物、藻类、化学物质、溶解性有机物等水体组分，因影响光的反射、吸取和后向散射而在遥感图像上反映出来，从而我们可以依据其在图像上的反映推断出水体的水质参数；图3 表示了不同类型陆水体的反射光谱，可以看出，水中组分含量的差别造成肯定波长围反射率的显著不同，成为定量量测物质含量的基础；遥感技术可以监测的水质参数种类大致可以分为以下4 类：浑浊度、浮游植物、溶解性有机
11、物、化学性水质指标；通常可以采纳3 种方法：理论方法、半体会方法、体会方法；4.1 理论方法这种方法第一是依据水中光场的理论模型，确定吸取系数与后向散射系数之比与表面反射率之间的关系；然后利用这种关系，可由遥感测得反射率值； 最终与水中组分的特点吸取系数、后向散射系数相联系，运算水中实际吸取系数与后向散射系数的比值，就可以得到组分的含量；这种基于光场理论的模型基础尚不完善，而且简化假设模型，使得猜测值并不能满意精度要求；5. 遥感在水环境污染监测与掌握中的应用遥感在水环境污染监测与掌握中的应用，其基础是遥感技术对水质参数的 猎取；国外对这方面的讨论工作主要在海洋环境和陆水环境两方面进行；卫星
12、遥感可实现对海洋大围、全天候的污染监测，比如可以利用多光谱传感器对石 油污染进行监测；在陆水环境的监测过程中，由于陆水体光谱特点的复杂性， 目前开展的讨论围比较小，主要在于湖泊和江河河口，可以监测的水质参数也 较少，主要集中于叶绿素、悬浮物、总磷、总氮、COD 、BOD 等；为了便于用遥感方法讨论各种水污染，并不具体区分遥感在海洋和陆水体污染监测与控 制中的各种应用，而是习惯上将其分为水体富养分化、泥沙污染、热污染、废 水污染、石油污染等几种类型；5.1 水体富养分化当大量的养分盐进入水体后，在肯定条件下会引起藻类的大量繁衍，而后在藻类死亡分解过程中消耗大量溶解氧，从而导致鱼类和贝类的死亡，这
13、一过程称为水体的富养分化；叶绿素是反映水体富养分化程度的最主要因子，其中又以叶绿素 a 最为突出；通过对叶绿素生物量等数据的采样，利用采样数据与遥感数据反映的水体绿度指数建立起遥感回来模型，得出水体中叶绿素及生物量的空间分布信息，从而达到监测水体富养分化的目的；对于遥感估算水体叶绿素浓度，国外学者做了大量的讨论，建立了不少遥感数据与不同叶绿素浓度的水体光谱间的数学模型；如基于回来模型的体会算法、神经网络模型法、光谱混合分析法等，但因水中叶绿素的光谱信号相对较弱，加上水中悬浮固体含量的影响，因而目前遥感估算水中叶绿素含量的精度不高，平均相对误差约20% 30% ；5.2 泥沙污染水体中的泥沙能引
14、起水体光谱特性的变化；在实际工作中挑选与泥沙浓度 相关性好的波段，与实地调查悬浮固体结果进行分析，建立特定波段辐射值与 悬浮固体浓度的对应关系模型，然后对该波段辐射值进行反演，可以得到悬浮 固体的浓度；在可见光058 068 m 波段，不同泥沙浓度显现辐射峰值，这是遥感监测水体泥沙的正确波段；这些相关模型主要包括Gordon公式模型、负指数关系式模型、统一关系式模型等理论模型，线性关系式模型、对数关系式模型、多波段关系式模型等体会模型；如何运用遥感猎取的水体光谱数据提取出泥沙的专题信息，很多国外学者 对之进行了长期的讨论， Kritilos等最早利用陆地卫星数据讨论水中的悬浮物含量；京等建立了
15、反射率与悬浮物含量间的负指数模型，并用于湾水域悬浮物的 调查；炎等讨论了基于海面 - 遥感器光谱反射率斜率传递现象的悬浮泥沙遥感算法；5.3 热污染电力、钢铁、化学等工业中使用的冷却水，超过答应的热水排放标准而排入江河湖海时，使自然水体的温度上升，引起水体物理、化学和生物过程的变化，就构成了热污染；遥感监测水体热污染，目前主要方法有热红外遥感和微波遥感；热污染可以用热红外传感器探测，利用多时相的热红外图像，并结合地面观测，其图像可显示出热污染排放、流向和温度分布的情形；利用光学技术或运算机对图像作密度分割，同时依据少量的同步实测水温，可准确地绘出水体温度分布曲线；例如，有关部门分析讨论了海河全线79km 的热污染状况，查明热污染源有 23 个，热排水口多达 40 个，热水总排放量约 8.5 亿 t/ 年，并划分出了无热污染、轻度热污染、中度热污染、重度热污染和严峻热污染的河段；5.4 废水污染废水由于性质的千差万别，特点曲线上的反射位置和强度也不一样；污染物含量与哪些波段之间的比值有较好的相关性，取决于水体的污染性质和污染程度；废水污染一般用多光谱合成图像监测，也可依据温度差异用热红外方法测定；由于人类的生产生活活动，导致大量废水流入各类水体中，这些废水中带有大量有机物，分解时耗去大量的氧气，
