杭州灣水體污染的遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究

陳文志，王 潔，吳文淵，吳孟杰，張登榮

(1. 杭州師范大學(xué)遙感與地球科學(xué)研究院，浙江 杭州 311121；2. 浙江省城市濕地與區(qū)域變化研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310036；3. 浙江省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，浙江 杭州 310007)

杭州灣水體污染的遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究

陳文志1,2，王 潔1,2，吳文淵1,2，吳孟杰3，張登榮1,2

(1. 杭州師范大學(xué)遙感與地球科學(xué)研究院，浙江 杭州 311121；2. 浙江省城市濕地與區(qū)域變化研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310036；3. 浙江省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)院，浙江 杭州 310007)

杭州灣是我國(guó)近海岸污染較為嚴(yán)重的區(qū)域，傳統(tǒng)技術(shù)監(jiān)測(cè)污染源面臨困難.文章運(yùn)用遙感技術(shù)對(duì)杭州灣附近的排污點(diǎn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，快速定位污染源的位置并圈定被污染的水體范圍.監(jiān)測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)研究區(qū)域內(nèi)共有13處污染源，其中12處分布在杭州灣南岸，1處分布在杭州灣北岸，水體污染最嚴(yán)重地區(qū)為杭州市蕭山區(qū)，該區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)污染源共10處.結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查資料，分析污染源的擴(kuò)散趨勢(shì)、影響范圍和原因，為杭州灣地區(qū)的水資源保護(hù)和規(guī)劃提供準(zhǔn)確信息.

遙感；污染源；監(jiān)測(cè)；杭州灣

0 前 言

近幾十年來(lái)，隨著浙江省經(jīng)濟(jì)的改革和推進(jìn)，杭州灣南北兩岸的城市群、工業(yè)園區(qū)、居民區(qū)及港口碼頭相繼建立并迅猛發(fā)展，錢(qián)塘江受到的污染日益嚴(yán)重，這不僅嚴(yán)重影響居民的身體健康和生活水平，也影響了錢(qián)塘江兩岸城市的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略.

杭州灣是我國(guó)近海污染較為嚴(yán)重的區(qū)域.浙江在開(kāi)展生態(tài)省建設(shè)和“811”環(huán)境污染整治行動(dòng)的進(jìn)程中，投以重資，興建了污染源在線監(jiān)控系統(tǒng)[1].2008年中國(guó)海洋環(huán)境質(zhì)量公告顯示杭州灣大部分區(qū)域?yàn)榱铀念愃w，杭州灣內(nèi)重金屬銅、鉛、無(wú)機(jī)氮、活性磷酸鹽含量嚴(yán)重超標(biāo)[2].國(guó)家海洋局東海分局發(fā)布的《2009年?yáng)|海區(qū)海洋環(huán)境公報(bào)》顯示，杭州灣屬于東海區(qū)內(nèi)嚴(yán)重污染程度的海域[3].

由于錢(qián)塘江流域面積廣，沿岸工業(yè)園區(qū)與居民區(qū)集聚，采用傳統(tǒng)技術(shù)監(jiān)測(cè)污染源面臨困難，污染源的尋找需要耗費(fèi)大量人力物力.遙感技術(shù)的發(fā)展為污染源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)開(kāi)辟新的途徑，也為進(jìn)一步水質(zhì)監(jiān)測(cè)和治理提供了基礎(chǔ)依據(jù).利用遙感技術(shù)可以對(duì)大面積水域進(jìn)行空間上高精度的監(jiān)測(cè)，便于面上對(duì)比分析和定點(diǎn)定量研究[4].在此采用高精度的SPOT5衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，對(duì)環(huán)杭州灣地區(qū)工業(yè)園區(qū)的分布、污染源附近水體及可能的污染源影響范圍開(kāi)展監(jiān)測(cè)工作，提取研究區(qū)域內(nèi)水體污染源的分布情況及影響范圍信息，結(jié)合實(shí)地調(diào)查資料，深入分析污染源的現(xiàn)狀、擴(kuò)散范圍以及污染物來(lái)源，為錢(qián)塘江水體污染的監(jiān)測(cè)和治理提供依據(jù).

1 遙感數(shù)據(jù)與處理方法

該研究選擇法國(guó)空間研究中心(CNES)研制的地球觀測(cè)衛(wèi)星SPOT-5影像數(shù)據(jù)，作為錢(qián)塘江水體遙感信息源，進(jìn)行污染源的監(jiān)測(cè)和分析.每個(gè)時(shí)相的各幅影像數(shù)據(jù)均包含2.5m的全色波段和10m的多光譜波段，如表1所示.

表1 錢(qián)塘江衛(wèi)星遙感調(diào)查數(shù)據(jù)一覽表Tab.1 Data list of satellite remote sensing in Qiantang River

該研究除了遙感影像資料數(shù)據(jù)以外，還收集了20世紀(jì)70年代1:5萬(wàn)地形圖40余景，以及4處污染源的實(shí)地調(diào)查資料.

首先對(duì)遙感影像進(jìn)行圖像預(yù)處理，包括圖像的輻射校正、幾何校正、圖像鑲嵌、數(shù)據(jù)融合4個(gè)步驟.由于衛(wèi)星無(wú)法在同一時(shí)刻獲取大面積的影像，導(dǎo)致融合處理時(shí)出現(xiàn)時(shí)相的不一致性.該研究使用IHS變換法，選擇SPOT5多光譜數(shù)據(jù)4(R)、3(G)、2(B)3個(gè)波段作為假彩色合成波段，變換到IHS色彩空間，并使用分辨率較高的全色波段替換I分量，以獲得接近自然色的高分辨RGB圖，改善解譯的精度和可靠性.

利用遙感技術(shù)進(jìn)行水污染監(jiān)測(cè)的主要機(jī)理是被污染水體具有獨(dú)特的有別于清潔水體的光譜特征，這些光譜特征體現(xiàn)在其對(duì)特定波長(zhǎng)光的吸收或反射，而且這些光譜特征能夠?yàn)閭鞲衅魉东@并在遙感圖像中體現(xiàn)出來(lái)[5].杭州灣內(nèi)懸浮泥沙含量高且空間上分布不均勻，營(yíng)養(yǎng)鹽豐富，葉綠素濃度低，屬于高營(yíng)養(yǎng)鹽低生產(chǎn)力的典型區(qū)域[6].此外，水體色素和藻類含量等因素均會(huì)影響污染水體的光譜.水體反射率的光譜特征主要受到水的顏色深淺的影響，受到有機(jī)污染的水體一般顏色較深，呈藍(lán)、深藍(lán)、藍(lán)黑或者黑色，光譜反射率較低.而未受到有機(jī)污染的水體顏色較淺，光譜反射率相對(duì)較高.

2 污染源的調(diào)查與分析

2.1 污染源的分布現(xiàn)狀

完成圖像預(yù)處理工作后，利用ArcInfo軟件對(duì)其進(jìn)行空間分析，得到杭州灣地區(qū)污染源的分布情況，了解該地區(qū)污染源的現(xiàn)狀，制作污染源分布的專題圖.從影像初步解譯結(jié)果看，研究區(qū)域內(nèi)共有13處污染源，1處分布在杭州灣北岸，12處分布在杭州灣南岸.其中杭州市污染源有11處，1處位于江干區(qū)，另外10處位于蕭山區(qū)；其余兩處分別位于上虞市和慈溪市.

杭州市江干區(qū)人口眾多，工業(yè)發(fā)達(dá)，大量生活污水和工業(yè)廢水排放至江邊，嚴(yán)重影響錢(qián)塘江水質(zhì).根據(jù)影像資料，杭州市江干區(qū)九堡鎮(zhèn)被污染水體面積大，呈黑色，向西南方向面狀擴(kuò)散.杭州市蕭山區(qū)寧圍鎮(zhèn)有8處污染源分布，位于彭埠大橋東北方向，該地區(qū)排污點(diǎn)集中分布，被污染水體呈藍(lán)黑色，向東南方向帶狀擴(kuò)散.蕭山區(qū)河莊鎮(zhèn)有1處污染源分布，被污染水體面積大，呈黑色，沿流水方向自西向東帶狀擴(kuò)散.蕭山區(qū)墾區(qū)有1處污染源分布，位于蕭山區(qū)西北角，被污染水體面積大，呈藍(lán)黑色，沿流水方向向東南帶狀擴(kuò)散.

上虞市有1處污染源分布，位于工業(yè)園區(qū).該處污染源面積廣，被污染水體呈藍(lán)黑色，沿岸向北東方向帶狀擴(kuò)散，影響近海岸居民生活.

慈溪市有1處污染源分布，位于庵東鎮(zhèn)北部.該處污染源面積廣，被污染水體呈黑色，向北東方向帶狀擴(kuò)散.

2.2 污染源的擴(kuò)散

該研究通過(guò)利用ITT公司的ENVI遙感圖像處理軟件，使用計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別和目視解譯結(jié)合的方式，即人機(jī)交互解譯，旨在提高判別精度，提取被污染水體的邊界，圈定被污染的水體范圍.

2003年杭州市江干區(qū)九堡鎮(zhèn)的污染源中被污染的水體表面積為8 385.31 m2，2009年該地區(qū)的被污染水體表面積為2 9201.21 m2，比2003年擴(kuò)大了2 0815.9 m2.2003年蕭山區(qū)河莊鎮(zhèn)的污染源中被污染水體表面積為469 326.6 m2，2009年該地區(qū)被污染水體表面積為1 181 538.67 m2，比2003年擴(kuò)大了712 212.07 m2(圖1-圖2).研究結(jié)果表明，污染源的擴(kuò)散面積正在急劇擴(kuò)大.深入分析發(fā)現(xiàn)造成該現(xiàn)象的原因是杭州灣地區(qū)工業(yè)園區(qū)的不斷擴(kuò)張和企業(yè)數(shù)量的不斷增多，導(dǎo)致污染物的排放量加大；另一方面是環(huán)保部門(mén)沒(méi)有足夠重視環(huán)境治理工作.

圖1 杭州市江干區(qū)九堡鎮(zhèn)污染源Fig.1 Pollution sources of Jiubao Town, Jianggan District, Hangzhou

圖2 杭州市蕭山區(qū)河莊鎮(zhèn)污染源Fig.2 Pollution sources of Hezhuang Town, Xiaoshan District, Hangzhou

2.3 污染的來(lái)源分析

研究工作中，選取4處大型污染源進(jìn)行實(shí)地考察，分別是杭州市江干區(qū)九堡鎮(zhèn)污染源、杭州市蕭山區(qū)河莊鎮(zhèn)污染源、上虞市工業(yè)園區(qū)污染源以及慈溪市庵東鎮(zhèn)污染源.結(jié)合采集污水樣本和GPS數(shù)據(jù)，調(diào)查排污管道的布設(shè)和排污時(shí)間，采訪當(dāng)?shù)鼐用竦裙ぷ?，進(jìn)一步分析污染的來(lái)源(表2).

表2 錢(qián)塘江沿岸污染源的位置Tab.2 Location of pollution sources in Qiantang River

(1)九堡鎮(zhèn)污染源.位于杭州市江干區(qū)九堡鎮(zhèn)楊公村，污染源處于七堡橋南側(cè).九堡鎮(zhèn)工農(nóng)業(yè)蓬勃發(fā)展，建有2.4 km2的工業(yè)園區(qū)，圓夢(mèng)園、海景城等居民區(qū)相繼建立，地區(qū)總?cè)丝谶_(dá)8萬(wàn)左右.

根據(jù)遙感影像資料顯示，該處污染源的排污管道清晰可見(jiàn)，受污染水體顏色呈藍(lán)黑色，向南西方向擴(kuò)散.結(jié)合實(shí)地調(diào)查資料，發(fā)現(xiàn)該處被污染水體呈黑色，有異味，PH值在7.6-8.5之間.經(jīng)實(shí)地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)該處污染源的污水主要來(lái)自附近的化工廠和居民區(qū)，未經(jīng)過(guò)凈化處理的污水直接排放至錢(qián)塘江，導(dǎo)致江水渾濁烏黑，散發(fā)讓人難以忍受的氣味，魚(yú)蝦蟹幾乎消失 (圖3-a).

圖3 杭州灣地區(qū)污染源實(shí)地調(diào)查結(jié)果Fig.3 Survey results of pollution sources in Hangzhou Bay

(2)河莊鎮(zhèn)污染源.位于杭州市蕭山區(qū)河莊鎮(zhèn)北部外五工段與人工岸線的交界處.河莊鎮(zhèn)總規(guī)劃面積為9.53 km2的工業(yè)園已全面啟動(dòng)，已有工業(yè)企業(yè)257家，初步形成了以化工印染、化纖針織兩大行業(yè)為主體的產(chǎn)業(yè)區(qū)，總?cè)丝谶_(dá)4.3萬(wàn).

根據(jù)遙感影像資料顯示，該處被污染水體呈黑色，沿水流方向自西向東擴(kuò)散，擴(kuò)散面積達(dá)1.18 km2.結(jié)合實(shí)地調(diào)查資料，該處污水主要源于附近化工廠及養(yǎng)豬場(chǎng)，每日定期排放，排污管道掩埋地下，污水時(shí)而呈黃褐色，時(shí)而呈黑色，魚(yú)蝦蟹罕見(jiàn)(圖3-b).

(3)上虞工業(yè)園區(qū)污染源.位于杭州灣上虞工業(yè)園區(qū)東側(cè)，蓋北鎮(zhèn)北側(cè).園區(qū)自1998年創(chuàng)建以來(lái)，建成區(qū)面積已達(dá)21 km2，形成化工、紡織、生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)體系，園區(qū)的工業(yè)經(jīng)濟(jì)總量已占上虞市的三分之一.

根據(jù)遙感影像資料顯示，該處被污染水體呈藍(lán)黑色，帶狀，沿水流方向向北東擴(kuò)散，擴(kuò)散面積為2.86 km2.結(jié)合實(shí)地調(diào)查資料，發(fā)現(xiàn)該污染源已經(jīng)存在十多年，部分排污管道深埋地下，也有排污管道露出在外，污染物源于附近化工廠，主要在夜間排污.夏天惡臭難耐，魚(yú)蝦體內(nèi)含化工香料，據(jù)養(yǎng)豬戶反映當(dāng)?shù)啬肛i已不能生育.水體污染嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量和健康水平，整治措施刻不容緩(圖3-c).

(4)庵東鎮(zhèn)污染源.位于慈溪市庵東鎮(zhèn)北側(cè)，杭州灣南岸.建有占地面積1.53 km2的庵東工業(yè)區(qū)，形成了機(jī)械電器、針棉織品、塑料電子、建筑材料等支柱產(chǎn)業(yè)，總?cè)丝谶_(dá)4.6萬(wàn).

根據(jù)遙感影像資料上顯示，該處被污染水體呈狹長(zhǎng)黑色條帶狀，向北東方向擴(kuò)散，擴(kuò)散面積約為3.71 km2.結(jié)合實(shí)地調(diào)查資料，發(fā)現(xiàn)多條黑色的排污管道顯露在外，此污染源周邊都為養(yǎng)殖灘涂，工廠分布較少.據(jù)當(dāng)?shù)鼐用穹从?，該處排污管道部分裸露，部分掩埋地下，污水主要源于慈溪市居民區(qū)和工業(yè)區(qū)，每天定期排放污水.調(diào)查現(xiàn)場(chǎng)可以看到排污管道正在排出的水體呈灰白色，無(wú)泡沫，無(wú)異味(圖3-d).

3 結(jié) 論

(1)工作范圍區(qū)域內(nèi)共有13處污染源，主要分布在杭州灣南岸，污染源集中分布在沿岸工業(yè)園區(qū)，排污口沿江分布，污染物隨流水方向擴(kuò)散.其中水體污染最嚴(yán)重地區(qū)為杭州市蕭山區(qū)，該區(qū)域內(nèi)發(fā)現(xiàn)污染源共10處，排污點(diǎn)密集，被污染水體面積廣，影響范圍大.

(2)結(jié)合實(shí)地調(diào)查資料發(fā)現(xiàn)，污染源的污水主要來(lái)自附近的化工廠(化工印染、化纖針織等)和居民區(qū)，未經(jīng)過(guò)凈化處理的污水直接排放至錢(qián)塘江，導(dǎo)致江水渾濁烏黑，散發(fā)讓人難以忍受的氣味，魚(yú)蝦蟹幾乎消失.

(3)被污染的水體沿水流方向沿岸分布，對(duì)近海岸的水質(zhì)影響較大，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳钯|(zhì)量和健康水平.

[1] 傅金龍，張?jiān)停訌?qiáng)浙江省海洋環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)的對(duì)策研究[J]．理論探討，2003(10)：15-16．

[2] 王迪峰，龔芳，潘德?tīng)t．海監(jiān)航空遙感平臺(tái)及其在近海水體環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J]．海洋學(xué)報(bào)，2009，31(2)：49-58．

[3] 國(guó)家海洋局．2009年中國(guó)海洋環(huán)境質(zhì)量公報(bào)[EB/OL]．[2011-03-08]．http://www.coi.gov.cn/gongbao/huanjing/201107/t20110729_17485.html．

[4] 馬躍良，王云鵬，賈桂梅．珠江廣州河段水體污染的遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究[J]．重慶環(huán)境科學(xué)，2003，25(3)：13-16．

[5] Dekker A Getal. The Effect of Spectral Bandwidth and Positioning on the Spectral Signature Analysis of Inland Water [J]．Remote Sensing of Environment,1992,41:211-225．

[6] 李寧．近海岸水質(zhì)的遙感監(jiān)測(cè)和數(shù)值模擬研究[D]．天津：天津大學(xué)建筑工程學(xué)院，2009．

TheApplicationsofRemoteSensinginMonitoringtheWaterPollutioninHangzhouBay

CHEN Wen-zhi1,2, WANG Jie1,2, WU Wen-yuan1,2, WU Meng-jie, ZHANG Deng-rong

(1. Institute of Remote Sensing and Earth Science, Hangzhou Normal University, Hangzhou 311121, China;2. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Urban Wetlands and Regional Change, Hangzhou 310036, China;3. Zhejiang Provincial Institute of Geological Environmental Monitoring, Hangzhou 310007, China )

Hangzhou Bay is a near-shore area with serious pollution in China, there are difficulties to use traditional techniques to monitor pollution sources. This paper used remote sensing technology to conduct dynamic monitoring of Hangzhou Bay, located the pollution sources and calculated the area of sewage quickly and accurately. The results show that there are 13 pollution sources, of which 12 locate in the south bank of Hangzhou Bay, one locate in the north. The most serious water pollution area is Xiaoshan, where 10 pollution sources are found. Combined with the survey data, this paper analyzed the spread trends, influence area and causes of the pollution sources, and provided accurate information for the protection and programming of the water resource in Hangzhou Bay.

remote sensing; pollution sources; monitor; Hangzhou Bay

2012-04-10

王 潔(1981—)，女，講師，博士，主要從事環(huán)境遙感研究. E-mail: wangjie1022@163.com

11.3969/j.issn.1674-232X.2012.05.017

P76

A

1674-232X(2012)05-0470-05