流域水環(huán)境遙感研究進展與思考

摘要：水環(huán)境直接或者間接影響著人類生活以及發(fā)展。通過衛(wèi)星遙感技術進行分析可以為了解、掌握以及管理流域中水環(huán)境變化提供數(shù)據(jù)參考?；诖?，本文主要對流域水環(huán)境遙感研究進展與思考進行了簡單的研究分析。

關鍵詞：流域;水環(huán)境;遙感技術;研究進展

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）03-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.058

Research progress and thinking on remote sensing of watershed water environment

Dai Xinnian

（Liaoning Ecological Environment Monitoring Center，Shenyang Liaoning 110000，China）

Absrtact：Water environment directly or indirectly affects human life and development.The analysis of satellite remote sensing technology can provide data reference for understanding，mastering and managing the change of water environment in river basin.Based on this，this paper mainly makes a simple research and analysis on the research progress and thinking of remote sensing of river basin water environment.

Key words：Watershed;Water environment;Remote sensing technology;Research progress

1 流域水環(huán)境遙感研究進展

1.1 浮游藻類

我國內(nèi)陸水體存在的最為顯著的問題就是水體富營養(yǎng)化，其最為顯著的問題就是藻類。其中藍藻異常生長容易堆積、腐爛，在沉降作用之下在河口以及近岸等位置淤積，死亡消解后容易形成黑水團，造成生態(tài)環(huán)境惡化，嚴重的污染了水資源。

通過EVI NDVI、DVI等方式識別分析水體中的藻華分布狀況，效果顯著。但是在處理中會受到氣溶膠等多種因素的工作影響造成閾值不穩(wěn)定等問題。為了實現(xiàn)自動化處理，通過FAI算法進行分析，綜合紅光以及近紅外波段中的峰值高度分析，替代傳統(tǒng)的方式其更為穩(wěn)定，實現(xiàn)了長時間的序列數(shù)值重建處理。

1.2 水生植被

水生植被在淡水生態(tài)系統(tǒng)平衡維護中具有重要的作用，可以有效改善生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性?，F(xiàn)階段，衛(wèi)星遙感技術在水生植被覆蓋度、類群以及生物量監(jiān)測中應用效果顯著。

1.3 水面變化

流域湖泊以及水庫等水體在氣候以及人類活動的變化與影響中會導致水面積受到較大的變化與影響。分析水面面積，將其作為指示環(huán)境變化因子參數(shù)，可以實現(xiàn)有效地檢測分析。隨著人工智能以及大數(shù)據(jù)等技術手段的不斷成熟，有效地解決了傳統(tǒng)的問題與不足。

2 流域水環(huán)境遙感技術的應用

2.1 水體富營養(yǎng)化

在大量營養(yǎng)鹽進入到流域水體之后，在一定條件下會造成藻類大量繁殖，隨后在藻類死亡后會消耗掉大量溶解氧，加速魚蝦貝類死亡，該過程就是流域水體富營養(yǎng)化。評價水體富營養(yǎng)化程度最大的因素就是葉綠素，特別是葉綠素a。對葉綠素生物量數(shù)據(jù)采樣，通過數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)分析水體的綠度值來判定遙感回歸模型，從而獲取到水環(huán)境中的葉綠素、生物量空間分布信息，達到水體富養(yǎng)化監(jiān)測目標。

2.2 泥沙污染

水環(huán)境中泥沙會導致水體光譜特性變化。在實際工作中選擇和泥沙濃度相關性較好的波段，對懸浮固體含量比重進行分析，構建波段輻射值、懸浮固體濃度關系模型，對輻射值進行反演，從而獲取懸浮固體濃度。在580～680μm波段，不同泥沙濃度可以產(chǎn)生不同輻射值，這也是遙感監(jiān)測水體泥沙最佳頻段。部分學者通過陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析水環(huán)境中懸浮物含量;通過反射率、懸浮物含量負指數(shù)模型等，都可以很好的檢測到水環(huán)境中泥沙污染情況，為后續(xù)流域水環(huán)境治理方案制定提供了信息支持。

2.3 熱污染

由于電力、鋼鐵、化工等企業(yè)生產(chǎn)當中要利用到冷卻水，這些廢水超出了熱水排放標準流入江河時，會導致自然水溫上升，導致水體中產(chǎn)生物理變化、化學變化、生物變化，也就是熱污染問題。利用遙感技術監(jiān)測水體熱污染，主要是利用熱紅外遙感、微波遙感。其中，利用紅外傳感器探測水環(huán)境熱污染，獲取多時相熱紅外圖像，通過對地面觀測，可以呈現(xiàn)出熱污染排放、流向、溫度分布狀況。借助光學技術、計算機技術對圖像進行密度分割，結合少量同步檢測水溫，確保水體溫度分布曲線。

2.4 廢水污染

廢水構成性質十分復雜，并且特征曲線反射強度、位置也存在差異。污染物含量和與波段之間的比值相關性，取決于水體污染性質、污染程度。廢水污染主要是憑借多光譜合成圖像監(jiān)測，也就是利用紅外線成像方案檢測。社會生產(chǎn)活動造成大量廢水進入到流域當中，廢水中含有豐富的有機物，分解過程會消耗掉大量氧氣，并且COD、BOD值非常高。借助紅外傳感器可以判定流域中染料比重、碳氫化合物比重，從而掌握水體污染狀況，根據(jù)水中泥沙懸浮物、浮游植物判定污染源。在2013年，對長江分支流域河流進行波普測試，構建了水體反射波與COD、BOD含量模型，取得了良好的檢測效果。

3 流域水環(huán)境遙感研究展望

3.1 完善體系，優(yōu)化系統(tǒng)框架

流域水環(huán)境遙感中涉及到諸多的復雜對象，主要進行水色以及水質參數(shù)、環(huán)境參數(shù)的觀察，對于各項參數(shù)的時間、頻率等要求嚴格。構建小衛(wèi)星群，無人機以及無人船等設備，實現(xiàn)集合化處理，可以有效地滿足在線浮標以及岸基視頻監(jiān)測的要求，形成一個全方位的流域遙感系統(tǒng)，實現(xiàn)全流域的水環(huán)境動態(tài)化監(jiān)測分析。

“3S”技術在流域水環(huán)境檢測中發(fā)揮更高的作用，通過GPS技術可以為遙感對地觀測提供精準定位以及地面高程模型;RS技術可以為流域水環(huán)境水質提供大范圍、動態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù)信息，為整個系統(tǒng)提供自然環(huán)境信息;GIS技術配套設備會進一步完善，提供更多的輔助功能，如高空間分辨率、高光譜分辨率衛(wèi)星影像，最大精度可以最低可以達到2m，完全符合水環(huán)境監(jiān)測精度標準。

3.2 全流域統(tǒng)籌監(jiān)測

現(xiàn)階段主要工作內(nèi)容就是對一些大面積的水體進行遙感監(jiān)測，缺乏全視域角度的遙感監(jiān)測分析，不利于流域水環(huán)境的治理。而隨著衛(wèi)星、無人機等現(xiàn)代化觀測手段的不斷發(fā)展，構建河流-湖泊一體化的水環(huán)境智能化監(jiān)控手段，通過水質、水動力以及生態(tài)等模型系統(tǒng)，分析來源不同的污染物總量，進行無任務分類分區(qū)的核算分析，確定環(huán)境容量，綜合流域生態(tài)系統(tǒng)、水文狀況配飾的污染物分配方案，制定水質目標管理，有利于水源地的保護，實現(xiàn)了綜合化、一體化的管控。

3.3 強化水體碳循環(huán)遙感研究

研究分析生態(tài)系統(tǒng)的碳通量，是現(xiàn)階段研究的重點內(nèi)容。內(nèi)陸湖泊的生態(tài)體系生產(chǎn)力較高，在與陸地生態(tài)系統(tǒng)進行能量以及信息交換過程中會產(chǎn)生大量的信息數(shù)據(jù)，但是這些數(shù)據(jù)還是存在不確定性，會影響大氣溫室氣體濃度的預測分析。出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致主要就是因為數(shù)據(jù)觀測的時空尺度不同，并沒有綜合水體碳的具體空間以及季節(jié)之間的差異性。同時，未來還要對水質參數(shù)、內(nèi)在光學特性、表面反射率理論關系進一步研究，讓算法不限定在特定時間、水域，在數(shù)據(jù)源無法快速改善時，這是提高流域水環(huán)境監(jiān)測精度的重要途徑。

4 結束語

綜上所述，在流域水環(huán)境檢測當中，衛(wèi)星遙感技術具有快捷、大范圍以及周期性的優(yōu)勢特征，給內(nèi)陸水體碳通量提供了一定的研究參考。對此，今后要強化水體不同形態(tài)中水環(huán)境遙感參數(shù)的研究，進而實現(xiàn)流域水環(huán)境信息的精準分析。

參考文獻

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收稿日期：2020-01-07

作者簡介：代新年（1983-），男，漢族，本科學歷，科員，研究方向為環(huán)境工程。