内陆水体水质参数光谱特征与定量遥感

该文在分析内陆水体及其主要水质参数的光谱特征的基础上 ,讨论了水质遥感监测常用的遥感数据和方法 ,对近年来国内外遥感技术特别是高光谱技术在内陆水体水质监测中的应用研究现状和进展进行了综述 ,并提出未来此领域的发展方向及研究工作的重点     

扎龙湿地克钦湖富营养化状态的高光谱遥感评价

通过分析扎龙湿地克钦湖水体高光谱反射率与水质参数的相关关系,采用单波段、波段比值等算法分别选取特征波长建立水质参数的高光谱定量模型,并且结合修正营养状态指数(TSIM)和综合营养状态指数法,对水体的富营养化程度进行了监测和评价。结果表明,单波段归一化反射率对叶绿素a估测模型效果较为理想;利用高光谱一阶微分反射率,诊断各水质参数的敏感波段,建立线性模型,确定了TN、TP、SD、CODMn的敏感波段分别为733 nm、765 nm、782 nm、680 nm。单因素水质参数评价水体富营养化水平具有一定的局限性。综合考虑多个水质指标,对水质的富营养化程度进行了评价,结果显示,克钦湖水体呈现出中营养化状态,需要采取一定的措施,防范于未然。     

内陆水体环境遥感监测研究评述

应用遥感技术进行水质监测较常规监测具有巨大优势,能快速、大尺度、低成本的监测水质参数在时空上的变化状况。本文首先简要阐述了内陆水体环境遥感监测的基本原理;其次,介绍了常用水质参数的遥感监测研究现状,包括叶绿素a(Chl-a)、悬浮物(SS)、有色可溶性有机物(CDOM)以及总磷(TN)、总氮(TP)等其他水质参数,并将其划分为经验模型和生物光学模型两种监测方法;再次,对常用的遥感数据源进行了介绍和优缺点的评述;最后,讨论了内陆水体环境遥感监测误差来源,并对今后内陆水体环境遥感监测研究重点进行了展望。     

黄壁庄水库水质参数遥感反演研究

以石家庄市黄壁庄水库为研究对象,利用ASD FieldSpec Pro野外光谱辐射计进行反射光谱测量和同步水质采样分析,应用高光谱技术阐释了水质参数(SS、COD、TN、TP)与光谱反射率的关系,为今后利用星载高光谱传感器对黄壁庄水库乃至我国北方内陆水体水质参数进行大面积反演提供理论基础。在分析水库水体反射光谱特征的基础上,运用微分光谱技术和统计相关方法直接分析、诊断各水质参数的敏感波段,并建立线性估算模型,确定研究区SS、COD、TN、TP的敏感波段分别为715 nm7、04 nm、595 nm8、73 nm。     

城市水环境健康风险评价

传统的水质化学监测等级评价体系能够客观反映水体的污染物水平,但无法直接反映水体污染物对人体健康的潜在危害.利用美国环境保护署(U.S.EPA)提出的水质健康风险评价模型,评价某市2001-2005年5个水质监测站周围水体中所含污染物对人体健康潜在危害的时空差异和源特征.结果表明,该市水体中所含污染物对人体健康潜在危害较大,72%的水质监测样本对人体健康潜在危害超过了国际辐射委员会(ICRP)推荐的最大可接受限值5.O×lO-5a-1.;水体污染主要发生在2001年、2003年和2005年,且主要集中在1#和2#水质监测站周围地区;化学致癌物是该市水体中危害人体健康的主要风险来源,各污染物对人体健康危害的风险度排序为:As>Cr+6>Cd;水体中非致癌污染物风险度排序为:F>Pb>Cu>NH3-N>Hg>CN-1>酚,在研究期内未对暴露人群构成明显的健康危害.水环境健康风险评价模型较传统的水质等级评价体系能够更直观地表征水体中各污染物对人体健康的潜在危害,有利于明确水体污染物治理的优先顺序,为水环境管理提供科学依据.     

基于混合光谱理论的太湖水体叶绿素a浓度提取

TM图象多波段数据作为遥感监测水体叶绿素a浓度的数据源,已有多种遥感定量模型与之对应,但主要还是以经验模型为主。利用TM数据首先采用特征波段比值方法,建立太湖水体合适的叶绿素a浓度反演的遥感定量模型。由于经验模型的缺陷性,还提出了基于TM数据的水体混合光谱分析模型,同时分析了端元光谱提取方法对模型求解的影响。通过计算叶绿素a浓度模型估算结果与实地测量数据的相关系数和均方根误差(RMSE),可以发现混合光谱分析模型也是水体叶绿素a浓度遥感估算的另一条佳径。     

河流水质风险评价的灰色-随机风险率方法

提出了量化影响河流水质的随机不确定性与灰色不确定性的水质超标灰色－随机风险率概念，建立了水质超标灰色－随机风险率评价模型。在水质单项参数评价模型中，将河流污染物浓度变量的分布处理成灰色概率分布，将污染物浓度超过水质类别标准值的风险率处理成灰色概率，即水质超标灰色－随机风险率。在水质综合评价模型中，河流水环境系统被考虑为担任某一使用可能的可靠性系统，而任意一种水质参数超标意味着河流水体使用功能不能得到应有的保证，也即表明水体综合评价超标，最后借鉴系统可靠性分析的理论和方法计算水质综合超标率。该方法应用于黄河花园口断面重金属污染风险评价。     

水质遥感监测技术研究进展

该文综述水质遥感监测研究的发展状况,阐述水质遥感监测的机理,介绍常用的遥感数据、遥感监测方法及其对叶绿素a、悬浮物、黄色物质等水质指标遥感监测的应用进展,提出该领域发展存在的主要问题,展望其发展方向和研究重点。     

河流水情要素遥感研究进展

河流是促进地貌形成和演化的重要因素,也是地球上最重要的淡水资源之一。河流的水体范围、水位/水深、流量、水质和冰情等水情要素在水资源动态监测和水文生态环境保护等研究中具有至关重要的作用。通过水文站观测河流可获得站点上的水情信息,但该方式在财力、物力方面均耗费巨大。同时,对于日益增长的河流水情信息需求,迫切需要一种能够快捷、准确补充河流实测数据的方法。遥感凭借全方位、多时相的对地观测能力极大地提升了河流水情信息获取的效率,已广泛应用于多尺度水情监测、无资料流域水文模拟等多个方面,取得了丰硕的研究成果。因此,有必要对近年来遥感应用于河流水情要素反演所取得的进展进行归纳、总结和展望,以期进一步促进遥感数据和方法在该领域的应用。论文以“河流水情要素遥感”为主题,系统归纳了河流水体遥感提取的常用传感器及方法、水位/水深遥感反演方法、河道流量遥感估算、河流水质及河冰遥感监测的研究进展,详细归纳了利用光学/微波遥感等不同类型的遥感手段获取河流水体范围、水位、水深的优势与不足,总结得出了河流水情要素遥感研究的数据、方法及应用方面的主要结论：① 新型遥感数据在河流水情要素监测中的应用愈加广泛,在空间分辨率、时间分辨率或光谱分辨率等方面不断突破,进一步丰富了河流水情要素研究的数据来源;② 多数中低空间分辨率光学影像依旧面临混合像元影响水体提取精度的问题,合成孔径雷达影像也存在数据处理算法开发难度大的问题,细小河流及非开阔水体的提取方法仍需探索;③ 大数据和云计算技术的发展为实现大尺度、长时序的河流水情要素高时空分辨率遥感监测提供了高效手段。     

水质恢复能力评价方法及其在黄河流域的应用

在探讨水体水质恢复途径的基础上,建立了水质恢复能力评价标准和方法。根据黄河干流1998年的纳污情况及河水中三类主要污染物 (BOD、氨氮和挥发酚) 的浓度对黄河干流的水质恢复能力进行了评价,发现对于单位河长,除潼关-三门峡河段水质恢复能力属中等以外,其余河段水质恢复能力均较弱。物理稀释作用对水相中污染物浓度降低的贡献相对较小;各河段的水质恢复能力与泥沙含量呈显著正相关,与水温呈一定程度的正相关。黄河干流这种较差的水质恢复能力表明黄河干流的环境功能较弱,且现有的污染物排放已经超过了其水质恢复的能力,从而致使水质恶化,影响水资源的可持续利用。     

高分二号卫星数据在粤港澳大湾区水体有机污染监测中的应用

为探索高分二号对地观测卫星在水体有机污染监测中的适用性,基于高分二号对地观测卫星多光谱数据,通过归一化水体差异指数提取水体信息,利用比值植被指数得到2019年3月份粤港澳大湾区6条主要入海河流的水质分类及水体有机污染分布情况,通过与同期相对应的6个实际监测断面点对比,验证了水污染等级评价结果,结果如下：1）研究区水体质量总体较好,磨刀门水道、东江南支流、横门水道和洪奇沥水道以无污染为主,鸡啼门水道与蕉门水道以轻污染为主;2）水体有机污染的分布具有空间性,河流主干道主要以无污染水体为主,两岸以轻污染为主,远离主河道的封闭水体以中等污染以及重污染为主;3）监测断面点的污染等级与实际监测点的评价结果基本一致。结论表明,高分二号对地观测卫星多光谱数据作为水体污染监测的遥感数据源是准确可靠的,可为我国水污染防治提供辅助决策。     

东江流域地表水功能区水质对土地利用的响应

以广东省东江流域2013年地表水功能区水质监测数据和Landsat8 OLI遥感影像为数据源,通过遥感信息提取、GIS空间分析和数理统计方法,对不同空间尺度河岸缓冲带土地利用结构与水体中的高锰酸盐指数（CODMn）、氨氮（NH3-N）和总磷（TP）进行相关性分析。结果表明：1）在水功能区中,开发利用区河岸带的城市化程度较高,水质状况相对较差;保护区、保留区、缓冲区河岸带用地类型以耕地和林地为主,水质状况明显优于开发利用区。2）耕地、林地和草地对水质具有正效应,水体和建设用地对水质具有负效应;同时,建设用地对水质影响作用最强,其次是水体和耕地。3）CODMn与耕地、林地、草地、建设用地的相关性远高于NH3-N和TP,3种水质指标与水体相关性都较大。4）耕地和草地与水质在小尺度范围内相关性最为显著;林地和建设用地与水质相关性随河岸缓冲带尺度增大而增大,水体与水质相关性随河岸缓冲带尺度不同呈波动性变化。     

基于Hyperion数据的南四湖叶绿素浓度反演研究

通过对2005年5月7日南四湖Hyperion高光谱影像的几何纠正和6S模型辐射校正,以及水体光谱数据分析,对22个水体样点原始光谱数据分别采用归一化处理和包络线消除处理后,以波段比值数据构建叶绿素浓度反演模型,选取相关系数最大的反演模型,获得南四湖叶绿素浓度的空间分布图。研究表明,包络线消除法能很好地去除水体的光谱曲线背景影响,突出光谱曲线的吸收和反射特征,与归一化处理相比,反演模型的相关系数都有很大提高。R700/R560波段比值数据构建的模型相关性最高,相关系数为0.834,可用于叶绿素浓度反演研究。     

南京城市湖泊湿地的水质动态及其评价

选取南京市玄武湖、莫愁湖、内秦淮河湿地为对象,通过定点、定时采样和水质分析等方法,对城市湖泊湿地水质的季节动态、水质影响因素及其富营养化评价等进行了研究。结果表明,TN、TP、BOD和COD是反映城市湖泊水体污染度的重要指标,TP含量过高是造成城市河湖湿地水体富营养化的主要原因。水体污染程度随季节动态表现为:夏季>春季>秋季>冬季。相对封闭的莫愁湖湿地水质的季节变化较小,但水质较差,各个季节均表现出重富营养化—严重富营养化状态;受工业或生活污水影响较大的内秦淮河湿地,水体受污染严重,全年均属严重富营养—异常富营养化;玄武湖湿地的水体,在春季和秋季均已达到富营养化水平,夏季相对较好,TN、TP为富营养化水平,其余指标为中—富营养水平。     

宁夏沙湖水质评价及水污染特征

为了研究宁夏沙湖的水质状况,于2018年4月18日(春季)、7月22日(夏季)、10月25日(秋季)和2019年1月23日(冬季),在宁夏沙湖设置了9个采样点,采集水样,测定水质指标;采用综合污染指数法,对沙湖水质状况进行综合评价。研究结果表明,宁夏沙湖各采样点的综合污染指数为0.770～0.951,各采样点水体都为中污染水体;污染沙湖水体的主要污染物类型为化合氨、有机化合物、无机和有机氮、磷酸盐。     

南四湖水质污染综合评价主水质分区

南四湖水质已受到相当严重的污染,根据污染源调查和湖泊水质长期监测资料,采用综合污染指数法对南四海湖水区水质污染进行综合评价,利用模糊聚类分析方法对湖泊水质作了分区。南四湖水域可以分为三类水质区,污染最重的水质区水质已达不到Ｖ类水质标准,分布于主要排污河流入湖口附近;最好的水质区水质尚可达到Ⅲ类水质的要求,约占湖泊水域面积的７７％;介于上述两水质之间的一般污染区水质可勉强达到Ｖ类水质,面积约占１３％     

黄河小浪底水库水质趋势分析

小浪底水库的水质状况将直接影响到下游河段的水环境质量。鉴于小浪底水库的水质将主要取决于三门峡水库下泄水水质的情况，文章选择三门峡水库坝下1994～1999年的水质监测资料，运用季节性Kendall检验方法对小浪底水库水质趋势进行了分析。结果表明：NH3—N、NO2—N、As及Cu的污染变化趋势不明显，Pb和Zn污染呈高度显著下降趋势，而CODMn则呈显著上升趋势。     

基于环境一号卫星的内陆水体水质多光谱遥感监测

基于环境一号卫星多光谱数据,针对我国内陆水体开展遥感监测研究。该研究建立分地区分季节经验模型反演叶绿素a浓度,基于生物光学模型的近红外单波段方法反演悬浮物浓度,以悬浮物浓度间接反演透明度,最终基于叶绿素a和悬浮物获得基于遥感监测的内陆水体营养状态指数。以2009年6月巢湖同步观测试验验证本文的水质参数反演算法,表明叶绿素a浓度反演精度不如悬浮物浓度,两者反演精度符合水环境监测业务需求。     

基于遥感的无锡市土地利用与过境水质响应关系的研究

以京杭大运河无锡段水质监测数据和2003年7月SPOT-5正射影像为数据源,分析土地利用面积比例与过境水质之间的响应关系。结果表明:以监测断面为中心缓冲区距离的空间变化与水质监测指标之间有明显的响应关系。运河水质污染主要受离河岸较近的土地利用结构的影响。耕地上产生的农业污水,商业和工业中的废水以及大面积裸地上居民生活垃圾和建筑垃圾产生的污水是导致京杭大运河无锡段水质恶化的重要原因。     

南四湖水质污染综合评价及水质分区

南四湖水质已受到相当严重的污染。根据污染源调查和湖泊水质长期监测资料,采用综合污染指数法对南四湖湖区水质污染进行综合评价,利用模糊聚类分析方法对湖泊水质作了分区。南四湖水域可以分为三类水质区,污染最重的水质区水质已达不到Ｖ类水质标准（ＧＢ３８３８—８８标准）,分布于主要排污河流入湖口附近;最好的水质区水质尚可达到Ⅲ类水质的要求,约占湖泊水域面积的７７％;介于上述两水质之间的一般污染区水质可勉强达到Ｖ（１）类水质,面积约占１３％。