摘要：水環(huán)境直接或者間接影響著人類(lèi)生活以及發(fā)展。通過(guò)衛(wèi)星遙感技術(shù)進(jìn)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(duì)流域水環(huán)境遙感研究進(jìn)展與思考進(jìn)行了簡(jiǎn)單的研究分析。

關(guān)鍵詞：流域;水環(huán)境;遙感技術(shù);研究進(jìn)展

中圖分類(lèi)號(hào)：X832 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(jìn)展

1.1 浮游藻類(lèi)

我國(guó)內(nèi)陸水體存在的最為顯著的問(wèn)題就是水體富營(yíng)養(yǎng)化，其最為顯著的問(wèn)題就是藻類(lèi)。其中藍(lán)藻異常生長(zhǎng)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(tuán)，造成生態(tài)環(huán)境惡化，嚴(yán)重的污染了水資源。

通過(guò)EVI NDVI、DVI等方式識(shí)別分析水體中的藻華分布狀況，效果顯著。但是在處理中會(huì)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(wèn)題。為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化處理，通過(guò)FAI算法進(jìn)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(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)時(shí)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(hù)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(shù)在水生植被覆蓋度、類(lèi)群以及生物量監(jiān)測(cè)中應(yīng)用效果顯著。

1.3 水面變化

流域湖泊以及水庫(kù)等水體在氣候以及人類(lèi)活動(dòng)的變化與影響中會(huì)導(dǎo)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(shí)現(xiàn)有效地檢測(cè)分析。隨著人工智能以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)手段的不斷成熟，有效地解決了傳統(tǒng)的問(wèn)題與不足。

2 流域水環(huán)境遙感技術(shù)的應(yīng)用

2.1 水體富營(yíng)養(yǎng)化

在大量營(yíng)養(yǎng)鹽進(jìn)入到流域水體之后，在一定條件下會(huì)造成藻類(lèi)大量繁殖，隨后在藻類(lèi)死亡后會(huì)消耗掉大量溶解氧，加速魚(yú)蝦貝類(lèi)死亡，該過(guò)程就是流域水體富營(yíng)養(yǎng)化。評(píng)價(jià)水體富營(yíng)養(yǎng)化程度最大的因素就是葉綠素，特別是葉綠素a。對(duì)葉綠素生物量數(shù)據(jù)采樣，通過(guò)數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)分析水體的綠度值來(lái)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(dá)到水體富養(yǎng)化監(jiān)測(cè)目標(biāo)。

2.2 泥沙污染

水環(huán)境中泥沙會(huì)導(dǎo)致水體光譜特性變化。在實(shí)際工作中選擇和泥沙濃度相關(guān)性較好的波段，對(duì)懸浮固體含量比重進(jìn)行分析，構(gòu)建波段輻射值、懸浮固體濃度關(guān)系模型，對(duì)輻射值進(jìn)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(cè)水體泥沙最佳頻段。部分學(xué)者通過(guò)陸地衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析水環(huán)境中懸浮物含量;通過(guò)反射率、懸浮物含量負(fù)指數(shù)模型等，都可以很好的檢測(cè)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(dāng)中要利用到冷卻水，這些廢水超出了熱水排放標(biāo)準(zhǔn)流入江河時(shí)，會(huì)導(dǎo)致自然水溫上升，導(dǎo)致水體中產(chǎn)生物理變化、化學(xué)變化、生物變化，也就是熱污染問(wèn)題。利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)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(cè)水環(huán)境熱污染，獲取多時(shí)相熱紅外圖像，通過(guò)對(duì)地面觀測(cè)，可以呈現(xiàn)出熱污染排放、流向、溫度分布狀況。借助光學(xué)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行密度分割，結(jié)合少量同步檢測(cè)水溫，確保水體溫度分布曲線。

2.4 廢水污染

廢水構(gòu)成性質(zhì)十分復(fù)雜，并且特征曲線反射強(qiáng)度、位置也存在差異。污染物含量和與波段之間的比值相關(guān)性，取決于水體污染性質(zhì)、污染程度。廢水污染主要是憑借多光譜合成圖像監(jiān)測(cè)，也就是利用紅外線成像方案檢測(cè)。社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)造成大量廢水進(jìn)入到流域當(dāng)中，廢水中含有豐富的有機(jī)物，分解過(guò)程會(huì)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?xì)浠衔锉戎?，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(duì)長(zhǎng)江分支流域河流進(jìn)行波普測(cè)試，構(gòu)建了水體反射波與COD、BOD含量模型，取得了良好的檢測(cè)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(fù)雜對(duì)象，主要進(jìn)行水色以及水質(zhì)參數(shù)、環(huán)境參數(shù)的觀察，對(duì)于各項(xiàng)參數(shù)的時(shí)間、頻率等要求嚴(yán)格。構(gòu)建小衛(wèi)星群，無(wú)人機(jī)以及無(wú)人船等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)集合化處理，可以有效地滿足在線浮標(biāo)以及岸基視頻監(jiān)測(cè)的要求，形成一個(gè)全方位的流域遙感系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全流域的水環(huán)境動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)分析。

“3S”技術(shù)在流域水環(huán)境檢測(cè)中發(fā)揮更高的作用，通過(guò)GPS技術(shù)可以為遙感對(duì)地觀測(cè)提供精準(zhǔn)定位以及地面高程模型;RS技術(shù)可以為流域水環(huán)境水質(zhì)提供大范圍、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息，為整個(gè)系統(tǒng)提供自然環(huán)境信息;GIS技術(shù)配套設(shè)備會(huì)進(jìn)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(dá)到2m，完全符合水環(huán)境監(jiān)測(cè)精度標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 全流域統(tǒng)籌監(jiān)測(cè)

現(xiàn)階段主要工作內(nèi)容就是對(duì)一些大面積的水體進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，缺乏全視域角度的遙感監(jiān)測(cè)分析，不利于流域水環(huán)境的治理。而隨著衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)等現(xiàn)代化觀測(cè)手段的不斷發(fā)展，構(gòu)建河流-湖泊一體化的水環(huán)境智能化監(jiān)控手段，通過(guò)水質(zhì)、水動(dòng)力以及生態(tài)等模型系統(tǒng)，分析來(lái)源不同的污染物總量，進(jìn)行無(wú)任務(wù)分類(lèi)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(zhì)目標(biāo)管理，有利于水源地的保護(hù)，實(shí)現(xiàn)了綜合化、一體化的管控。

3.3 強(qiáng)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(diǎn)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(jìn)行能量以及信息交換過(guò)程中會(huì)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(huì)影響大氣溫室氣體濃度的預(yù)測(cè)分析。出現(xiàn)數(shù)據(jù)不一致主要就是因?yàn)閿?shù)據(jù)觀測(cè)的時(shí)空尺度不同，并沒(méi)有綜合水體碳的具體空間以及季節(jié)之間的差異性。同時(shí)，未來(lái)還要對(duì)水質(zhì)參數(shù)、內(nèi)在光學(xué)特性、表面反射率理論關(guān)系進(jìn)一步研究，讓算法不限定在特定時(shí)間、水域，在數(shù)據(jù)源無(wú)法快速改善時(shí)，這是提高流域水環(huán)境監(jiān)測(cè)精度的重要途徑。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，在流域水環(huán)境檢測(cè)當(dāng)中，衛(wèi)星遙感技術(shù)具有快捷、大范圍以及周期性的優(yōu)勢(shì)特征，給內(nèi)陸水體碳通量提供了一定的研究參考。對(duì)此，今后要強(qiáng)化水體不同形態(tài)中水環(huán)境遙感參數(shù)的研究，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)流域水環(huán)境信息的精準(zhǔn)分析。

參考文獻(xiàn)

[1]段洪濤，羅菊花，曹志剛，薛坤，肖啟濤，劉東.流域水環(huán)境遙感研究進(jìn)展與思考[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2019，38（08）：1182-1195.

[2]李樵民，劉自增，王文龍.基于高分二號(hào)的尼羅河流域地表環(huán)境遙感調(diào)查研究[J].寧夏農(nóng)林科技，2019，60（01）：48-50+2.

[3]申明.流域水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)模型研究[D].合肥：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)（中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所），2018.

收稿日期：2020-01-07

作者簡(jiǎn)介：代新年（1983-），男，漢族，本科學(xué)歷，科員，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程。