用FY_1D数据估算珠江口海域悬浮泥沙含量
用FY -1D 数据估算珠江口海域悬浮泥沙含量
Ξ
陈晓翔,丁晓英
(中山大学遥感中心,广东广州510275)
摘 要:以珠江口海域作为研究对象,以气象卫星FY -1D 数据为信息源,通过遥感监测值与准同步珠江口实测
悬浮泥沙含量的对比分析,建立基于FY -1D 数据的悬浮泥沙含量遥感估算模型。研究表明,FY -1D 可用于近岸水域悬浮泥沙的遥感监测,在动态监测方面有明显优势,可作为现有海洋采样观测的补充手段。
关键词:FY -1D ;悬浮泥沙;珠江口
中图分类号:P412127(265) 文献标识码:A 文章编号:052926579(2004)S120194203 河口输沙量和泥沙运动规律的研究直接关系到正确估算水土流失、航道港口的冲淤变化、河口岸滩塑造、近岸水产养殖开发等重要问题。卫星遥感技术可从大范围、连续、动态地反映海水悬浮泥沙地整体性,利用遥感手段研究河口海岸地区混浊水体的泥沙运动(泥沙来源、扩散范围、输移方向以及含沙量判读等)是十分有效的。就含沙量判读而言,解决遥感模式问题是关键所在,即确定遥感数据与悬沙浓度(指表层含沙量)的数学关系,或称为悬沙浓度遥感模式。
FY -1D 是我国于2002年5月15日发射的第二颗太阳同步轨道业务应用气象卫星,星上携带了多通道可见光红外扫描辐射计,可获得10个通道的光谱信息(6个可见光和4个红外通道)。与NOAA 卫星相比,FY -1D 对地遥感的能力大大提高,它除了具有NOAA 卫星的5个通道外,还包含了3个与CZ CS 相近的水色通道,同时还增加了用于区分云、
雪的116μm 通道[1]
。由于我国水色遥感起步较晚,FY -1D 卫星发射的时间并不长,目前国内多利用NOAA 卫星数据进行悬浮泥沙遥感模式的研究,而
利用FY 卫星数据进行悬浮泥沙遥感探测较少。本
文以珠江口海域为研究对象,通过对FY -1D 卫星数据以及2002年冬季出海实测数据的分析,建立了珠江口海域悬浮泥沙遥感定量模型。分析结果表明,利用风云卫星数据建立的模型均具有较高的精度,从而为我国水色卫星的发展和泥沙遥感估算模型的研究提供依据和借鉴。
1 研究区域
本次研究以珠江口近岸海域作为研究区域,范
围为东经112°25′-114°25′,北纬23°20′-21°35′。
珠江口地处南亚热带海洋性季风气候区,水热条件好,自然资源丰富,是中国著名三大河流中珠江的出海口。珠江由西江、北江、东江、流溪江、
潭江五大水系组成,流域面积453690km 2
,年均
流量1052418m 3
Πs ,为世界第15位大径流量河流。珠江水系各河道进入珠江三角洲网河后,分别由虎门、蕉门、洪奇沥、横门、磨刀门、鸡啼门、虎跳门和崖门等八大分流河口分别汇入伶仃洋、磨刀门
海区和崖门海区(又称黄茅海)[2]
。
珠江河口具有含沙量小但输沙量大的特点,其多年平均输沙量约为8872万t ,此外尚有3000万
t 左右的胶体微粒,即年输沙量超过了1亿万t [3]
。由于珠江口外终年西南向沿岸流与科氏力的共同作用,珠江口泥沙淤积总的趋势是西侧高于东侧。
2 资料来源和预处理
211 数据源
实测数据:为2002年11月26日珠江口水环境勘测中所获的表层泥沙含量数据。根据所获资料加以整理,共获与FY 卫星过境时间同步的站点样18个卫星影像资料:采用与实测数据对应的准同步FY -1D 卫星资料。212 卫星数据的处理卫星数据入口为已完成辐射定标、校正等处理ld f 格式的数据。利用专用的图像处理软件经以下处理后用于悬浮泥沙遥感定量模型的分析。
几何校正:按照一定的地图投影规则对卫星图像的几何畸变进行纠正处理,使之能与地图匹配,并符合人们的读图习惯。利用PCI 软件的相关功能
Ξ收稿日期:2003-06-15
基金项目:国家自然科学基金资助项目(40071063);广东省百项工程资助项目(2K B06202S )作者简介:陈晓翔(1956年生),男,教授;E -mail :eescxx @zsu 1edu 1cn
第43卷 增 刊2004年 6月中山大学学报(自然科学版)
ACT A SCIE NTI ARUM NAT URA LI UM UNI VERSIT ATIS S UNY ATSE NI V ol 143 Suppl 1
Jun 1 2004
完成。
大气校正:为了去除大气中悬浮物质散射光的影响,本文黑色目标扣除法[4]来对卫星影像进行大气校正。这种方法是直接基于图像本身来估算大气辐射状况,通过提取待校正图像中会度最小的像元来获取大气层辐射量,无需其它资料,适合于反射率低的表面。具有快速、廉价、精度较高的特点。
3 悬浮泥沙含量的遥感定量模型
311 泥沙遥感参数的选取
对许多泥沙光学特性的研究表明[5-7],对泥沙浓度最为敏感的波段为0155～0167nm这一范围。FY-1D卫星有10个通道,可见光通道为1、7、8、9通道,分别为0158～0168μm、0143～0148μm、0148～0153μm、0153～0158μm。其中一通道波谱区间刚好和泥沙敏感波段吻合,7、8、9为海洋水色通道。为此,我们选用1、7、8、9通道的数据参与遥感参数的选取。将所选的4个波段,组成不同的波段组合(见表1);并对各组合与悬浮泥沙浓度值以及其对数值进行相关分析。
表1 各波段组合与悬沙浓度相关分析表1)
T ab11 The correlation coefficient of
suspended sediment and band ratio
SSC
组合号波段组合r
ln(SSC)
组合号波段组合r
110.0262210.146 21-80.08231-80.218 370.4242470.490 480.262580.383 590.4182690.376
61、7、8、90.902271+80.057 71、8、90.736281、7、8、90.861 81、90.490291、8、90.701 91、7、90.894301、80.385 101、70.426311、7、80.515 117、8、90.774321、70.514 128、90.548337、8、90.795 137、90.770347、90.795 147、80.425358、90.603 157
、9、1-80.878367、80.497 167、1-80.425377、9、1+80.856
179、1-80.439381+8、90.446
181+80.038391+8、70.512
191+8、7、90.901407、9、1-80.834
201+8、90.577419、1-80.379
211+8、70.426427、1-80.515 1)SSC表示悬浮泥沙浓度,单位为gΠm3;ln(SSC)为以悬浮泥沙浓度自然对数值
分析结果表明:组合6、9、15、19与悬浮泥沙浓度值、组合28、33、34、37、40与悬浮泥沙对数值之间具有较大的相关系数。根据悬浮泥沙的光谱特性和波段组合的物理意义,我们选择相关系数最大的组合(组合6:R1-R7-R8-R9)作为本次提取泥沙信息的遥感参数。
312 悬浮泥沙遥感定量模型的建立
根据所选泥沙遥感参数,利用所获实测数据和遥感光谱资料,用最小二乘法进行分析,建立了悬浮泥沙遥感定量模型。
SSC=2321546×R9-241392×R8-
611993×R7-201765×R1-1701103(1)式中,SSC为悬浮泥沙浓度,单位为gΠm3;R(n)为第n通道的反射率值。
313 结果与分析
利用(1)式,对2002年11月26日的遥感数据计算,得到了珠江口海域悬浮泥沙分布图(见图1)。通过对遥感估算结果与实测采样值(表2)的对比分析,可以看到:
(1)利用式1估算珠江口悬浮泥沙浓度的平均相对误差为19.23%。所建模型具有较高的精度,可用于珠江口域泥沙信息的提取。
(2)珠江口悬浮泥沙分布的遥感估算结果与实地采样值在空间分布上体现了的一致性。口门附近水域悬沙的浓度高,外海浓度低。伶仃洋西槽在蕉门、洪奇沥及横门出口位置出现泥沙高浓度区。而东槽泥沙浓度低于西槽。磨刀门口悬沙浓度相对最高,伶仃洋、黄茅海水域枯水期部分浅滩出现高含沙量。总体上,自各个口门输出的泥沙向西南方向输送明显。
图1 从FY-1D卫星资料提取的珠江口悬浮泥沙分布图Fig11 The distribution map of suspended
sediment in the Pearl River from FY-1D datas
591
增 刊陈晓翔等:用FY-1D数据估算珠江口海域悬浮泥沙含量
表2 悬浮泥沙的实测值与遥感估算值比较
T ab12 The com paris on of measured and
estimated suspended sediment
样点号实测值M odel-1绝对误差相对误差Π% 132.625.18-7.42-22.77
230.132.95 2.859.47
314.822.707.9053.39
436.334.03-2.26-6.23
538.142.79 4.6912.30
648.948.48-0.42-0.85
725.2220.94-4.27-16.95
824.7320.94-3.79-15.33
942.2629.49-12.77-30.22
1082.5573.51-9.04-10.95
1135.2548.8813.6338.66
1247.1842.79-4.39-9.31
1350.0754.44 4.378.73
1423.4019.64-3.76-16.07
1529.4741.9512.4842.34
1626.8720.94-5.93-22.06
1721.1327.08 5.9628.20
1855.7354.44-1.29-2.31
4 小 结
(1)FY-1D水色监测波段数据与实测悬浮泥沙含量之间有较好的相关性,由此建立的统计估算模型与实况拟合较好。所建模型的平均误差为19. 23%。该模型可用于监测珠江口区域悬浮泥沙含量。
(2)利用FY-1D资料估算河口悬浮泥沙含量,时效性强,人力物力投入量少,可得到整个河口区泥沙分布的宏观信息,可用于河口区域的遥感动态监测。将遥感监测作为常规采样监测的补充手段是经济和有效的。
(3)受FY-1D卫星各波段光谱分辩能力的局限性和季节性差异以及星地观测同步性等综合因素的影响,本文的结论是初步的,尚需进一步作星地同步实验分析,以建立稳定可靠的河口水域悬浮泥沙遥感定量估算模型。
参考文献:
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Study on Estimating the Suspended Sediment Concentration
in the Pearl River Estuary Using FY-1D Data
CHEN Xiao-xiang,DING Xiao-ying
(Rem ote Sensing Center,Sun Y at-sen University,G uangzhou510275,China)
Abstract:By the use of the meteorological satellite FY-1D data,estimated are the concentrations of sediment in the Pearl River.A rem ote sensing estimating m odel is proposed by analyzing the correlation of the FY-1D channel data for watercolor m onitoring and synchronal field survey for suspended sediment concentrations.The result indicates that meteorological satellite FY-1D can be used to m onitor the concentrations of suspended sediment in estuary as a kind of im portant assistant means of routine water quality sam pling survey with its advantages of time and spatial res olution.
K ey w ords:FY-1D;suspended sediment;the Pearl River
691中山大学学报(自然科学版)第43卷
长江口水体表层泥沙浓度的遥感反演与分析
长江口水体表层泥沙浓度的遥感反演与分析 【摘要】：水体悬浮泥沙浓度监测在海岸带环境管理中有重要的意义。常规船测法的成本较高，并且覆盖空间范围小，同步站点较少。卫星遥感数据具有明显的时间与空间优势，成为近岸Ⅱ类水体悬浮泥沙浓度反演与动态分析的重要数据源。本文以长江口及其附近水域为研究区，主要开展了以下工作：1)现场水体光谱测量。用ASDFieldSpec 光谱仪现场测量长江口Ⅱ类水体的反射率高光谱，同步采集表层0.5m 深处的水样，带回实验室用过滤称重法计算水样的泥沙浓度；同步测量流速、水体浊度等要素。2)对光谱数据进行处理，去除天空光等影响，计算水体的遥感反射率。光谱数据筛选，取平均以及一阶微分导数处理。3)分析水体反射率光谱的特征及其对表层泥沙浓度响应；基于最小二乘法，分别建立光谱反射率与泥沙浓度之间的指数形式和幂函数形式的拟合方程。选择对应常用卫星传感器波段，并且对泥沙浓度敏感的波长，建立泥沙浓度和光谱反射率之间的统计回归模式。4)对卫星遥感数据进行处理，然后从遥感数据中反演水体表层悬浮泥沙浓度；借助多期A VHRR和TM遥感影像反演的结果，对长江口泥沙分布进行遥感监测和分析。取得的成果和结论：1)水体反射光谱曲线随泥沙浓度不同而变化，并且存在两个反射峰(560～720nm和790～830nm)；波长大于500nm的光谱反射率与悬浮泥沙浓度之间具有明显的相关性，特别是690～830nm的相关系数大于0.8，对泥沙浓度较为敏感。2)基于最小二乘法，建立水体泥沙浓度和反射率之间的统
计回归模式，结果表明，利用715nm波长的光谱反射率与泥沙浓度的指数拟合回归方程对泥沙浓度估算的效果优于幂函数形式；用670nm、715nm和800nm波段建立的指数方程比810nm和860nm波段的指数方程的拟合程度高。参照常用卫星传感器的波段设置，建立了泥沙浓度和A VHRR、MODIS和TM对应波段反射率之间的统计回归模式。3)选择A VHRR、MODIS和TM数据作为主要数据源，对水体表层的泥沙浓度进行反演。根据不同时相遥感数据的结果，分析了长江口泥沙的分布受季节变化、潮流和径流影响的模式。特别是通过多年数据的分析发现，1998年、2004年和2006年分别为径流来水特丰、平水和特枯年，径流量变化对长江口泥沙分布格局有显著影响。【关键词】：遥感高光谱悬浮泥沙浓度长江口II类水体 【学位授予单位】：华东师范大学 【学位级别】：博士 【学位授予年份】：2007 【分类号】：P237;TV148.1 【目录】：摘要7-8ABSTRACT8-10附图10-12附表12-13目录13-15第一章绪论15-241.1选题背景和研究意义15-181.1.1选题背景15-181.1.2研究意义181.2国内外研究进展18-211.3研究思路和全文内容21-24第二章水色遥感的理论基础24-362.1水色遥感的原理
仿沉水植物填料对水体悬浮泥沙的截留作用
水资源 仿沉水植物填料对水体悬浮泥沙的截留作用葛绪广1,王国祥1,郭长城2,冯冰冰1,刘 玉1,毛志刚1,郑海洋1,周 崴1 (1.南京师范大学地理科学学院,江苏南京210046;2.南京水利科学研究院江苏南京210029) 摘 要:对仿沉水植物填料对挟沙水体悬浮泥沙的截留作用进行了试验研究,结果表明:仿沉水植物填料对水体泥沙的截留率随水体泥沙含量的增加而提高,水体含沙为120m g/L时截留率达31.15;仿沉水植物填料的密度越大,截留率越大。 关 键 词:仿沉水植物填料;悬浮泥沙;截留 中图分类号:X52 文献标识码:A 文章编号:1000-1379(2007)10-0055-01 水体中的泥沙对水质的影响一直是水生态环境研究的重要课题[1],已有大量的相关文献问世[2~6]。 人工填料是污水净化的常用材料,具有较好的水质改善效果。其中,仿沉水植物填料与沉水植物具有相似的形态结构,且比表面积大,一方面通过改变水流动力条件,促使较多的泥沙颗粒物发生沉积,起到改善水质、提高水体透明度的积极作用;另一方面通过附着于填料的微生物降解水体中的氮磷有机污染物,改善水体营养状况。笔者结合生态修复示范工程研究了仿沉水植物填料对悬浮泥沙的截留作用。 1 材料与方法 1.1 试验设计 试验地点:南京师范大学水环境生态修复中试平台。 试验布置:仿沉水植物填料为表面粗燥的塑料纤维,直径0.8mm,呈轮状固定在中心轴线上,轮盘直径15c m,层状排列,间距为2mm。此种填料耐腐、耐温、耐老化、孔隙可变性大、不堵塞、寿命长、不粘连结团、表面积大。辅助单元采用长2.0m、宽1.0m的铁丝网,沉入水底,仿沉水植物填料像沉水植物一样浮在水中。 悬浮泥沙水体的配制与输入:淤泥质泥沙主要是水体悬浮泥沙沉淀的成分,悬浮特性好,容易获得试验所需的悬浮泥沙条件。采用镇江内江淤泥(示范研究区外围),通过混沙池配制不同悬浮泥沙含量的内江模拟水体,泥沙过200目(孔径77 m,主要为悬浮态粒径级配)绢网再加入混沙池,然后通过均匀管道输入试验水道,并实时监测试验水道进、出口悬浮泥沙颗粒物的含量,保证试验条件基本稳定。 1.2 监测与分析 在试验水道的3个不同断面取样,泥沙含量取3个断面的平均值。同时设置对照水道,试验条件保持一致。国内外相关研究表明,当输入泥沙条件一致时,水体泥沙含量与其浊度成二次曲线关系,且相关性较强,因此通过测定水体浊度可快速得到泥沙含量(试验中采用的关系曲线为y=-0.0017x2 +1.8305x,R2=0.982)。 2 结果与分析 2.1 仿沉水植物填料对泥沙的截留效果 仿沉水植物填料对水流中泥沙的截流效果见表1。对照水道水体泥沙含量的降低主要是泥沙在自身重力的作用下自然沉降造成的,而具有仿沉水植物填料的水道泥沙的沉降除自然沉降外还受到填料的截留作用。对照水道的平均泥沙截留率为16.31%,而填料水道的平均截留率达22.15%,提高了5.84个百分点,且随泥沙含量的增加,截留率有提高的趋势。 表1 仿沉水植物填料对挟沙水流泥沙的截留效果 项 目 第一组 填料对照 第二组 填料对照 第三组 填料对照 进水泥沙含量/ (m g L-1)80.0080.00100.00100.00120.00120.00出水泥沙含量/ (m g L-1)71.2072.8475.6982.5682.6292.95截留率/%11.008.9624.3117.4431.1522.54 注:填料单元规格为1.5m 1.0m 2.0m 2.2 填料密度对泥沙截留效果的影响 填料密度是影响泥沙截留效果的重要因素之一。在同样厚度(1.5m)的仿沉水植物填料条件下,36根/m2和24根/m2两种填料密度的水流泥沙截留率分别为29.79%和21.48%,表明适当的填料密度可明显增强其对水流中泥沙的截留效果。 2.3 仿沉水植物填料对污染物的间接截留作用 仿沉水植物填料在截留泥沙颗粒物的同(下转第58页) 收稿日期:2007-03-29 基金项目:国家 863 计划项目(2003AA601100-2)。 作者简介:葛绪广(1976 ),男,山东临沂人,博士研究生,主要从事水污染治理与生态修复研究工作。 第29卷第10期 人 民 黄 河 Vol.29,No.10 2007年10月 Y ELLOW R I VER O ct.,2007
长江口浑浊带近底泥沙浓度变化
基金项目 华东师范大学 作者简介 从事河口海岸水动力及泥沙运动研究 通讯作者 长江口浑浊带近底泥沙浓度变化何青刘红 华东师范大学河口海岸学国家重点实验室 上海上海河口海岸科学研究中心上海 摘要基于近底边界层四角架系统观测的水沙过程完整资料对近底悬浮泥沙浓度的变化及其动力响应关系 起动和沉降作用及床面泥沙的供应率对近底层悬浮泥沙浓度和动力响应变化的四个过程进行了详细的 关键词泥沙近底边界层长江口 中图分类号 前言 等四次风暴期间沙质床面近底水流和泥沙过程进行了分析发现悬浮泥沙浓度峰值出现在低流速阶段并 等 根据 等并应用于美国弗吉尼亚的 等用这种定常侵蚀率模型研究了 等 河口的悬浮泥沙浓度的涨落 他们的观测数据表明悬浮泥沙浓度和流速大小存在很强的正相关关系即在涨落河口的他们的观测数据为近底离床面 和观测等仪器研究了美国南卡罗来纳州泻湖
对泥沙浓度和动力的响应研究中他们发现最大的悬浮 但是由于影响悬浮泥沙浓度的因素很 三级分汊四口入海 时也是最大浑浊带活动区域 野外观测及数据处理 观测站点及仪器布置 月 观测站点平均水深为表层 沉积物实验室分析得到的中值粒径为 砂含量分别为悬浮水样和表层沉积物的粒径分析结果表明它们的粘土含量比 然而表层沉积物粉砂含量有所减 图观测站位示意图
图 底边界层观测系统及仪器布置示意图 测 的 垂向水流变化过程的 探头高度距离床面 离床面的高度分别为 和以 的采样间隔均为 的采样间隔为分 观测系统的东北面 的安全进行监测 观测内容主要包括 测量 整点采集垂向六点悬浮水样 利用 实时连续测量 数据处理 浊度率定 由于底边界层观测系统上面没有自动采水系统 的浊度探头进行观测得到的 进行现场水样率定见图 值为 间的相对误差为这表明在假定现场悬浮水样的率定曲线是可信的前提 尤其是悬浮水体的粒径 正因为表层沉积物的颗分粒径 分粒径 图 为了更好地反映正常的悬浮水体浊度变化过这里采用的筛选方法是通过的标准偏差值来进设定一个临界标准偏差值下文所用来分析和讨论的浓度值都是 已经通过该方法处理后的
用FY_1D数据估算珠江口海域悬浮泥沙含量
用FY -1D 数据估算珠江口海域悬浮泥沙含量 Ξ 陈晓翔,丁晓英 (中山大学遥感中心,广东广州510275) 摘 要:以珠江口海域作为研究对象,以气象卫星FY -1D 数据为信息源,通过遥感监测值与准同步珠江口实测 悬浮泥沙含量的对比分析,建立基于FY -1D 数据的悬浮泥沙含量遥感估算模型。研究表明,FY -1D 可用于近岸水域悬浮泥沙的遥感监测,在动态监测方面有明显优势,可作为现有海洋采样观测的补充手段。 关键词:FY -1D ;悬浮泥沙;珠江口 中图分类号:P412127(265) 文献标识码:A 文章编号:052926579(2004)S120194203 河口输沙量和泥沙运动规律的研究直接关系到正确估算水土流失、航道港口的冲淤变化、河口岸滩塑造、近岸水产养殖开发等重要问题。卫星遥感技术可从大范围、连续、动态地反映海水悬浮泥沙地整体性,利用遥感手段研究河口海岸地区混浊水体的泥沙运动(泥沙来源、扩散范围、输移方向以及含沙量判读等)是十分有效的。就含沙量判读而言,解决遥感模式问题是关键所在,即确定遥感数据与悬沙浓度(指表层含沙量)的数学关系,或称为悬沙浓度遥感模式。 FY -1D 是我国于2002年5月15日发射的第二颗太阳同步轨道业务应用气象卫星,星上携带了多通道可见光红外扫描辐射计,可获得10个通道的光谱信息(6个可见光和4个红外通道)。与NOAA 卫星相比,FY -1D 对地遥感的能力大大提高,它除了具有NOAA 卫星的5个通道外,还包含了3个与CZ CS 相近的水色通道,同时还增加了用于区分云、 雪的116μm 通道[1] 。由于我国水色遥感起步较晚,FY -1D 卫星发射的时间并不长,目前国内多利用NOAA 卫星数据进行悬浮泥沙遥感模式的研究,而 利用FY 卫星数据进行悬浮泥沙遥感探测较少。本 文以珠江口海域为研究对象,通过对FY -1D 卫星数据以及2002年冬季出海实测数据的分析,建立了珠江口海域悬浮泥沙遥感定量模型。分析结果表明,利用风云卫星数据建立的模型均具有较高的精度,从而为我国水色卫星的发展和泥沙遥感估算模型的研究提供依据和借鉴。 1 研究区域 本次研究以珠江口近岸海域作为研究区域,范 围为东经112°25′-114°25′,北纬23°20′-21°35′。 珠江口地处南亚热带海洋性季风气候区,水热条件好,自然资源丰富,是中国著名三大河流中珠江的出海口。珠江由西江、北江、东江、流溪江、 潭江五大水系组成,流域面积453690km 2 ,年均 流量1052418m 3 Πs ,为世界第15位大径流量河流。珠江水系各河道进入珠江三角洲网河后,分别由虎门、蕉门、洪奇沥、横门、磨刀门、鸡啼门、虎跳门和崖门等八大分流河口分别汇入伶仃洋、磨刀门 海区和崖门海区(又称黄茅海)[2] 。 珠江河口具有含沙量小但输沙量大的特点,其多年平均输沙量约为8872万t ,此外尚有3000万 t 左右的胶体微粒,即年输沙量超过了1亿万t [3] 。由于珠江口外终年西南向沿岸流与科氏力的共同作用,珠江口泥沙淤积总的趋势是西侧高于东侧。 2 资料来源和预处理 211 数据源 实测数据:为2002年11月26日珠江口水环境勘测中所获的表层泥沙含量数据。根据所获资料加以整理,共获与FY 卫星过境时间同步的站点样18个卫星影像资料:采用与实测数据对应的准同步FY -1D 卫星资料。212 卫星数据的处理卫星数据入口为已完成辐射定标、校正等处理ld f 格式的数据。利用专用的图像处理软件经以下处理后用于悬浮泥沙遥感定量模型的分析。 几何校正:按照一定的地图投影规则对卫星图像的几何畸变进行纠正处理,使之能与地图匹配,并符合人们的读图习惯。利用PCI 软件的相关功能 Ξ收稿日期:2003-06-15 基金项目:国家自然科学基金资助项目(40071063);广东省百项工程资助项目(2K B06202S )作者简介:陈晓翔(1956年生),男,教授;E -mail :eescxx @zsu 1edu 1cn 第43卷 增 刊2004年 6月中山大学学报(自然科学版) ACT A SCIE NTI ARUM NAT URA LI UM UNI VERSIT ATIS S UNY ATSE NI V ol 143 Suppl 1 Jun 1 2004
海洋工程中悬浮泥沙源强的确定
海洋工程中悬浮泥沙源强的确定 摘要：随着各类海洋工程的施工建设，各类海洋工程施工均会引起周边海域悬 浮泥沙剧增，会对项目周边海域的环境产生不利影响。目前国内没有对海洋工程 中涉及的悬浮泥沙源强作出完整的归类，总结在海洋环评中多年的工作经验，本 文对海洋工程中悬浮泥沙源强类型进行了总结归纳，为海洋环评中悬浮泥沙源强 的选取提供参考和依据。 关键词：悬浮泥沙源强海洋环境影响 近年来，随着我国海洋经济的迅速发展，各类海洋工程的施工建设，包括填 海造地、港口建设、航道疏浚、跨海桥梁、各类透水构筑物及非透水构筑物等， 均会引起周边海域悬浮泥沙剧增，会对项目周边海域的环境产生不利影响。其中 悬浮泥沙的扩散输移对海洋环境影响较大，主要表现为悬浮泥沙的扩散输移范围 和浓度变化对海水环境和海洋生态环境的不利影响。针对国内外学者对海洋工程 中的悬浮泥沙源强确定缺乏比较全面系统的论述，为此，本文根据笔者工作中经 验对海洋工程中涉及的悬浮泥沙源强的确定进行了总结，可为海洋工程环境影响 评价悬浮物污染开展综合分析，根据工程的底质条件合理选择设备类型提供理论 依据。 1悬浮泥沙源强类型 海洋环评中数值模拟分析和悬浮泥沙污染源的存在形式密切相关，悬浮泥沙 源强一般在空间上分为：点源、线源、面源和体源；根据持续时间可分为瞬时源 和连续源。根据海洋工程施工计划和施工特点的不同，在海洋环评数值模拟中对 泥沙源强的处理方式也不同。一般疏浚挖泥及疏浚土抛投时采用设置固定点源或 瞬时源的方式进行模拟；溢流及抛石采用设置连续固定点源的方式进行模拟；爆 破挤淤一般采用瞬时点源；管道及航道的开挖根据施工线路的特点采用移动点源 的方式进行模拟。 2悬浮泥沙源强计算方法 针对不同的工程类型，由施工引起的泥沙源强确定方法也不同，目前泥沙源 强的确定一般采用公式计算结合同类工程经验或现场监测数据进行推算。本文根 据笔者的工作经验对海洋环评中涉及的源强方法进行了总结。 2.1疏浚源强 项目工程类型为疏浚，采用的施工机械一般为绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船、抓斗船，悬浮泥沙发生量按照《港口建设项目环境影响评价规范》中提出的公式 计算源强。 Fs—悬浮泥沙源强（kg/s）； m泥—一天爆破抛泥量（kg）； V水—受纳水体体积（m3）； t—一天实际施工的时间（h）。 2.8类比分析法确定源强 根据Mott MacDonald 1990年进行的疏浚泥沙再悬浮系统试验数据，绞吸式挖泥船泥沙
长江口入海泥沙通量初步研究 - 中国水利 国际合作与科技网
基金项目 作者简介 湖北人副研究员博士 主要从事河口海岸动力过程研究 沈焕庭 严以新 王永红 海洋学院江苏南京 河口海岸学国家重点实验室 上海 山东青岛 摘要 将历史海图的基准面进行统一换算采用实现了长江口及杭州湾通过百年时间尺度的大范围冲淤分析建立了长 江口泥沙收支平衡模式 以此为基础关键词 计算通量 引言 外力作用或边界条件变化对海洋物质通量的影响是计划 全球海洋联合通量研 究 密切相关的研究课 据 陆地入海物质通量中占有重要的地位大河河口及其陆架颗粒物质输移过程是揭示陆海相互作用和估中起重要作用有吸附效应泥沙输移对污染物的迁移和循环也起重要作用 因此研究河口入海泥沙通量及河口泥沙运动规律研究区域与研究资料 长江来水来沙进入河口以后泥沙冲淤的结果往往通过地形变化来反映长江口地区 本次研究主要目的在于弄清楚百余年来长江口及杭州湾泥海图资料选择要考虑充分利用长江口 同时兼顾考虑长江口地形演变重
吴淞原图系英国海军测量吴淞原图系英国海军测量吴淞旧中国海关海道测量资料 吴淞旧海军水道图吴淞 航保部长江下游航行图 吴淞 上海航道局 号海图系华东师范大学河口海岸研究所于 年代将不同比例尺海图统一转化而成的 表 拦门沙海图资料一览表 序号 年份 范围比例尺 说明吴淞原图系英国海军测量吴淞原图系英国海军测量吴淞原图系英国海军测量吴淞旧海军水道图吴淞伪海军水道图吴淞 上海航道局资料吴淞 上海航道局 浏河口 横沙岛万 中华人民共和国交通部安监局 号海图系华东师范大学河口海岸研究所于 年代将不同比例尺海图统一转化而成的 表 长江口或口外大范围海图资料一览表 序号 年份 范围 比例尺 说明长江口与杭州湾 系英国海军测量 中国人民解放军航海保证部中华人民共和国交通部安全监督局图 长江口部分潮位站分布图 研究方法 基准面换算关系研究 图采用的多种基准面与目前使用的理论深度基准面的语言实现了对海图理论深度基准 面的人机交互式计算验证表明基于年实测潮位资料计算获得的调
厦门环东海域整治过程悬浮泥沙变化遥感监测
第17卷 第2期厦门理工学院学报V o.l 17 N o .2 2009年6月Journal o f X ia m en U n i versity o f T echno l ogy Jun .2009 [收稿日期]2009-03-12 [修回日期]2009-05-11 [基金项目]厦门市科技计划指导性项目(3502Z20077016) [作者简介]孙凤琴(1982-),女,福建莆田人,助教,硕士,从事海洋与环境遥感的研究. 厦门环东海域整治过程悬浮泥沙变化遥感监测 孙凤琴 (厦门理工学院空间信息科学与工程系,福建厦门361024) [摘 要]选用2005)2007年福建省干季(10月~2月)三个时相中潮位的中巴卫星CCD 数据,利用 泥沙指数SI=(ch2+ch3)/(ch2/ch3)提取厦门环东海域悬浮泥沙信息.与现场浊度的对比表明,该泥 沙指数能较好地反映悬浮泥沙的相对分布.泥沙指数图像显示,该海域悬浮泥沙浓度分布具有浅海高、深 海低,从两岸向中部降低的特点;与2005年10月相比,2007年1月整治过程中清淤吹填使海域面积有所 减小,但湾中上部高、中高浓度泥沙明显增加;到2007年11月,清淤吹填基本完成,海域高、中高浓度 悬浮泥沙总比2005年10月约减少14k m 2.综合整治使得整个环东海域悬浮泥沙含量明显降低. [关键词]厦门环东海域;遥感;悬浮泥沙;泥沙指数 [中图分类号]P73111 [文献标志码]A [文章编号]1008-3804(2009)02-0062-05 0 引言 悬浮泥沙含量影响水体透明度、水色等性质,其变化对生态环境、水下地貌冲淤、港口工程等有直接影响[1].遥感具有大面积、同步测量和时空分辨率较高的特点,可有效地监测悬浮泥沙的分布.Ruhl 等[2],Ty l e r 等[3],Sipe l g as 等[4]利用不同资料在美国、欧洲、非洲进行了悬浮泥沙浓度的反演.国内学者也利用MODIS 和中巴CCD 影像等研究了沿海和内陆湖泊的悬浮泥沙浓度 [5-7].研究者们提出了许多的反演模式[8],但这些模式针对不同水域范围而建立,在其他水域难以普遍适用.李四海等[9]指出,泥沙指数法综合应用了不同波段的光谱信息,可获得层次丰富泥沙图像. 文中以厦门环东海域为研究区域,利用多时相的中巴CCD 遥感资料,基于 泥沙指数提取悬浮泥沙信息,探讨海域建设对 悬浮泥沙和冲淤环境的影响. 1 研究区域介绍 厦门地处福建省东南沿海.海峡西岸经 济区列入国家/十一五0规划,给厦门带来 前所未有的发展机遇,但岛内土地资源稀 缺,成为制约厦门发展的软肋.开发环东海 域成为厦门市提升未来发展空间的重要战 略.环东海域新城区(见图1),陆域规划面 积114km 2,海域面积91km 2,沿岸入海河 流有东、西溪和官浔溪,径流比较小[10]. 整治前,由于长期的填海造地和围垦养殖, 该海域污染严重,存在大面积淤积浅滩.环 东海域整治工程,主要包括清淤吹填、产业
上海滩附近的悬浮泥沙浓度遥感分析(开题报告)
毕业论文（设计）开题报告 题目：上海滩附近的悬浮泥沙浓度遥感分析学院：海洋科学与技术学院 学生姓名： 专业：海洋技术 班级： 指导教师： 起止日期： 年月日
毕业论文（设计）开题报告 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 1、国内外研究动态 国外学者在海洋水色遥感方面的研究大致可以分为以下几个方面： 遥感数据的定性应用，这个阶段，遥感技术开始应用于海洋监测，但技术并不是很成熟，限于定性的分析。2004年，Kale等利用LANDSATI(ERTS1) MSS数据对Delaware Bay的海岸植被、土地利用等进行解译，并提出用对数统计模型来探测海湾悬浮泥沙浓度的方法[1]。Holler (2008)在研究实测光谱数据与同步悬浮泥沙浓度数据基础上，发现两者之间相关性高，因此，提出了利用遥感数据来监测悬浮泥沙的想法[2]。 Calnter(2001)在研究澳大利亚东南部实测数据的基础上，证明了利用LANDSAT多光谱遥感数据构建多重线性模型来预测悬浮物浓度、叶绿素浓度的可行性[3]。 统计回归经验模型是海洋水色反演最常用的算法，敏感波段及波段组合的选择，回归模型的选择，是学者们研究的重点。Philpot等(2001)研究发现陆地卫星LANDSATMSS 数据的第5波段和TM数据的第3波段对悬浮泥沙浓度变化最为敏感[4]。Tassan等(1994)基于地中海夏季Gulf of Naples实测数据，提出反演海岸带水体中悬浮泥沙、浮游植物和黄色物质吸收系数的模型，并利用Sea WiFS数据进行反演[5]。Froidefond等(2002)研究认为SPOT影像的第二波段为敏感波段，并建立了一种指数关系式来反演估算法属Guiana海岸的悬浮泥沙浓度[6]。Doxaran等(2002)在实测高浑浊水体法国Gironde河口光谱特性基础上，建立了经验关系式来反演悬浮泥沙浓度，研究表明近红外波段与泥沙浓度相关性差，而近红外波段与可见光波段的比值组合与泥沙浓度相关性高，它认为波段比值可以减少光照条件和泥沙物理性质等外界因素对模型建立的影响[7]。 V olpe等(2011)提出一种简化的辐射传输模型来反演泥沙浓度，该模型基于交叉验证方法和引导技术确定模型参数，并将该模型应用于Venice咸水湖[8]。Nina等(2012)提出了基于先验知识的遥感逼近模型来反演洪水状态下河流中的泥沙浓度，该模型利用光学理论以及辐射传输理论，模型精度良好[9]。 近些年来，随着水色遥感的不断发展，理论研究的不断深入，遥感反演的模型正越来越多样化。唐军武等(2010)在黄东海海域，根据现场实测数据，分别建立了反演水色三要素(悬浮泥沙、叶绿素和黄色物质)的统计反演模型和神经网络模型，研究表明神经网络模型同时反演三要素精度低于经验统计模型，而单独反演其中一种要素精度要高于经验统计模型[10]。丛王福等(2009)利用TM数据建立了大连湾海域悬浮泥沙神经网络反演算法，结果表明神经网络算法相比于传统的统计回归算法要好[11]。高中灵(2006)在台湾海峡建立MERIS数据反演悬浮泥沙和叶绿素浓度模型，结果显示采用R510，R490与R560比值波段的统计分析算法反演精度要好于神经网络模型和半分析模型[12]。许大力等
长江口水动力学及其泥沙运输规律
长江口水动力学及其泥沙运输规律 一、长江口概况： 长江河口地处我国东部沿海，受到来自流域径流、泥沙和外海潮流、成水入侵、风、波浪及河口科氏力和复杂地形等绪多园了的影响，动力条件多变，泥沙输运复杂。从陆海相互作用的角度看，长江河口至少存在几个水沙特性不同的典型河段，而每个典型河段又存在不同性质的界面，如：大通河段(潮区界)、江阴河段(潮流界)、徐六径河段(盐水入侵界)、拦门沙河段(涨落潮流优势转换界面)、口外海滨区(泥沙向海扩散的外边界和长江冲淡水扩散的外边界)。每个典型河段及关键界而都涉及到物质和能量的传输；每个典型河段及关键界面都有其固有性质，且相互影响，可以说河口过程在很大程度上被发生在每个典型河段的界面上各种现象所制约。 二、水动力方程及验证 1、长江口水动力过程的研究进展（长江口水动力过程的研究进展） 在过去20多年中, 长江口水动力过程研究成果大量来自河口海岸学家、物理海洋学家、海岸工程师、环境流体力学家的文献、著作。本文的目的是力图把这些文献(以正式发表的文献为准,不包括研究报告)汇集起来,对长江口潮流、余流、波浪、盐水入侵的研究进行总结, 究竟我们对长江口水动力过程了解多少?究竟长江口水动力过程还有哪些问题值得研究? 1.1 长江口余流、环流、水团、长江冲淡水 基于现场实测资料, 胡辉等1985年对长江口外海滨余流的运动变化特性进行了一定的研究。研究结果表明: 长江口外余流约为潮流的1/ 2～1/ 5 , 上层余流以向东为主, 中层余流多偏北, 底层余流有偏西的趋势。径流是长江口外上层余流的重要组成部分,并以冲淡水的形式存在; 中、下层余流则与台湾暖流的顶托和牵引有关。王康、苏纪兰1987年研究了长江口南港的横向环流、垂直环流及其对悬移质输运的影响。在前人基础上导出了长江口相对观测层次的物质断面传输公式,增加了反映环流及振荡切变的各种相互关系的有关项。基于现场观测资料,Wang等1990年研究了长江口水团、长江冲淡水团等的基本特征。根据1996年长江口南港水道枯、丰水期大、中、小潮两次各26 h的全潮水文实测资料,杨许侯等[1 ]统计分析了实测潮流的特征和潮流类型、运动形式、潮流垂直变化、余流、分潮对涨、落潮流不等的影响。崔茂常1984年, 张庆华等1993年, 朱建荣、沈焕庭1997年对长江冲淡水进行了研究。 1.2长江口潮流数学模拟 长江口水域开阔, 口内多浅滩和沙岛, 流场分布规律比较复杂。在长江口水域建立平面二维数学模型, 有利于对长江口的水动力特性从宏观上加以研究。同时, 河口平面二维数学模型的差分求解方法已比较成熟, 且运算量相对较小。采用平面二维数学模型能够利用现有的计算设备, 并在较短的运算时间内完成对长江口水域内流场平面分布特性的数学模拟。对平面二维数学模型的有限差分解法中, ADI法由于其较好的稳定性且计算量相对较小,赵士清1985年,刘上煊、叶永1987年,韩丕康、黄国玲1987年,刘世康、徐建益1987年,刘上煊、陶学为1987年,王船海、程文辉1991年,徐建益、袁建中1992年,许朋柱、毛锐1993年, 刘桦[2 ]等已将此法应用于长江口。此外,汪德等1987年用特征线法、破开算子法等差分方法进行长江口平面二维潮流数学模型求解。除有限差分法外, 唐苓等1992年将边界元法用于平面二维数学模型的求解;易家豪、叶雪祥1983年; 成安生等1987年采用有限单元法及限体积法等, 赵士清1985年采用三角形网格, 并将局部的有限元法和有限差分法结合起来, 在保证计算稳定性的同时,减少了计算量。参照国外学者的方法, 刘上煊、叶永1987年将长江口平面二维潮流方程分别划分为: 动量平流项、水
静止轨道卫星观测杭州湾悬浮泥沙浓度的动态变化及动力分析_刘猛
泥沙研究 2013年2月Journal of Sediment Research第1期 静止轨道卫星观测杭州湾悬浮泥沙浓度的动态变化及动力分析 刘猛，沈芳，葛建忠，孔亚珍 （华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海200062） 摘要：利用静止轨道水色遥感卫星GOCI的一天多景数据，采用基于半经验辐射传输模型（SERT），反演获得杭州湾海区悬浮泥沙浓度的时空分布；结合三维无结构三角形网格的有限体积海洋数值模型（FVCOM），模拟卫星成像时刻杭州湾水位、潮流分布状况。综合分析结果表明：潮流变化是该海区在涨落潮、大小潮悬沙分布变化的主要影响因素；风浪作用导致杭州湾海域悬沙浓度枯季明显大于洪季。 关键词：静止轨道卫星；悬浮泥沙；动态变化；海洋数值模拟；杭州湾 中图分类号：TV148.5文献标识码：A文章编号：0468-155X（2013）01-0007-07 1引言 杭州湾位于浙江省北部，港口航道、滩涂及水产资源丰富。上海、宁波等经济开发区环绕南北，经济开发利用价值巨大［1］。杭州湾地形特殊，具有潮大、流急、含沙量高等特点，而高浓度含沙水体对港口影响巨大。因此，掌握杭州湾海区悬浮泥沙的变化规律，无疑对海区以后的工程决策、区域地形演变、沉积侵蚀速率有着重要意义［2］。多年以来，为了更加深入地了解杭州湾悬浮泥沙运动规律，很多学者以站点实测资料为基础，探讨了该海域悬沙变化问题。陈吉余等［3，4］依托长江口南汇嘴的实测泥沙和流速资料，分析了长江口到杭州湾的泥沙输移途径；针对杭州湾内浅滩、岛屿等的泥沙变化规律其他学者也进行了分析［5－8］。然而基于测船的实地调查，获得的数据比较离散，很难了解整个湾内的悬浮泥沙分布及变化全貌。由于卫星遥感具有覆盖面积大、多次重访的特点，有利于探测海域悬浮泥沙的连续分布和变化。早期，陈夏法［1］利用NOAA卫星影像对杭州湾悬浮泥沙进行了多实相的遥感分析；陈鸣等［9］利用Landsat和NOAA遥感资料联合监测了杭州湾的悬浮泥沙。21世纪以来，更多学者采用了Sea-WiFS、MODIS、MERIS海洋水色卫星数据观测杭州湾悬浮泥沙的分布［2，10，11］。 然而受卫星重访周期的限制，极轨卫星遥感反演最多只能获得每天某一时刻的悬沙分布，无法获得一个潮周期时间内悬沙分布的变化过程。由于潮周期内的流速变化和水位变化是杭州湾悬浮泥沙浓度变化的主要影响因素［12］，故结合连续时刻的悬沙遥感反演及卫星成像时刻海区的潮流情况，可为杭州湾海区悬浮泥沙分布及变化规律的揭示开辟一个新的途径。本文收集了覆盖杭州湾海区每小时重访的静止轨道水色卫星数据GOCI，利用Shen等［13］半经验辐射传输模型（SERT）反演杭州湾海域悬浮泥沙浓度；同时采用基于有限体积海洋数值模型FVCOM，模拟了卫星成像时刻前后的杭州湾海域的潮流分布，综合分析了杭州湾海域悬沙的浓度随不同潮情和季节的变异特性。 收稿日期：2012-09-07 基金项目：海洋公益性科研专项（200905001-9）；国家自然科学基金项目（50939003，41271375）；高等学校博士学科点专项科研基金（20120076110009）；河口海岸学国家重点实验室科研业务项目（2012KYYW02，2011RCDW03）作者简介：刘猛（1989－），男，江苏徐州人，硕士研究生，主要从事海岸带遥感及地理信息系统研究。 E-mail：liumeng_824@126．com 通讯作者：沈芳。E-mail：fshen@sklec．ecnu．edu．cn 7
浅谈河流泥沙的运动规律
浅谈河流泥沙的运动规律 摘要：泥沙在河流水流的作用下，有一定的运动形式，沿河底滑动、滚动或跳跃，这种运动形式称为推移质；被水流挟带随水流悬浮前进，这种运动形式称为悬移质。由于天然河道同一河段流速随时间、沿程发生变化，各河断及各时段在流速较小时，细沙也可呈推移质形式运动；而流速增大时，粗砂也可转化为悬移质。因此，实际情况中推移质和悬移质处于不断调整中，情况很是复杂。本文着重讨论了悬移质泥沙的运动规律。由于脉动，不同瞬时或短历时测量的悬移质含沙量就不会稳定，不能反映它的变化趋势，因此，悬移质含沙量等水文要素的测量应持续一段时间，最好大一个脉动周期。 关键词：河流泥沙；运动；规律；挟沙能力；脉动 该式结构特点表明，河流流速大、泥沙颗粒小、水深浅，则挟沙能力强。水流挟沙能力一般指各级颗粒的沙源均为充足条件下的平衡含沙量，并不代表水流的实际含沙量，各级颗粒的沙源不充足会出现非饱和输沙，条件特殊时也会出现超饱和输沙。但是，水流挟沙能力仍是分析河床冲淤或平衡问题的常用概念，当水流挟带的悬移质泥沙超过河段的水流挟沙能力时，这个河段必将发生淤积；反之，则会发生冲刷。 2悬移质的时空分布规律 2.1河流泥沙变化的影响因素 河流从流域挟带泥沙的多少与流域坡度、土壤、植被、季节性气候变化，降雨强度以及人类活动等因素有关。河流泥沙随时间的变化，也就取决于这些因素随时间的不同组合和变化。来源于地势、地形、土壤性质和植被状况等下垫面条件不同的地区河流的洪水，挟带的泥沙将会有显著的差别，多沙河流与少沙河流与流域下垫面状况紧密相关。另外，对于冲积性河流，其承水河床由长期冲积的泥沙构成，水流流经这样的河段，常会挟带或沉积大量泥沙。季节性的气候变化对河流泥沙的变化也有一定的影响。汛前由于降水少，土壤疏松、干燥、抗冲能力差，因此，初夏的暴雨洪水常挟带较多的泥沙，秋末洪水含沙量较少。降雨强度对河流泥沙的影响是：雨强大，则侵蚀能力强，从而使河流挟带的泥沙增多。河流输沙量集中在汛期，而且主要集中在几次大洪水中，其原因也在于此。人类活动使流域产沙条件发生变化。如修建道路、毁林垦荒，将导致河流泥沙增加；而封山育林、开展水土保持，又可减少河流泥沙；修建水库，常会沉积泥沙。这种影响将使河流泥沙发生系统性变化。 2.2泥沙的脉动 脉动是忽大忽小不停波动变化的现象。悬移质泥沙悬浮在水流中，与流速脉动一样，含沙量也存在着脉动现象，而且脉动的强度更大。在水流稳定的情况下，断面内某一点的含沙量是随时变化的，它不仅受流速脉动的影响，而且与泥沙特性等因素有关。由于脉动，不同瞬时或短历时测量的悬移质含沙量就不会稳定，不能反映它的变化趋势，因此，悬移质含沙量等水文要素的测量应持续一段时间，最好大一个脉动周期。 2.3悬移质泥沙的垂直分布 悬移质含沙量在垂线上的分布，一般从水面向河底呈递增趋势。含沙量垂向的变化梯度还随泥沙颗粒粗细的不同而异，颗粒较细的泥沙，其垂直分布也均匀，而对于较粗泥沙，则梯度
水体悬浮物浓度遥感反演经验模型
水体悬浮物浓度遥感反演经验模型 摘要 常规的悬浮物浓监测是通过对水体取样，进而再对水样进行实验室化学分析实现的，需要耗费大量的人力物力，而且所得到的仅是取样点的数据，对区域面状水域的评价只能是以点代面，因此，难以满足对大面积水环境质量监测的要求。悬浮沉积物作为近海水体污染物的源和汇，是表征水环境质量的一个重要参数，同时又是水体的主要光学活性物质之一，与水体的光学性质密切相关，其浓度大小直接影响卫星遥感信号的强弱。如叶绿素在440nm 附近有一吸收峰，在550nm附近有一反射峰，在可见光和近红外波段，悬浮物浓度的增加将导致水体反射率的增加等，正是由于这些光谱特性的存在，使得遥感监测水质参数成为可能。从定量遥感的角度考虑，建立准确的遥感反演模型需要深入研究水体的光谱特征，国外对此研究较早，并且建立了完善的水体光学测量规范，为发展准确的遥感反演算法奠定了坚实的基础。国内对此也开展了一些研究，尤其是在含沙水体光谱特征研究上，通过模拟实验和现场测量两种方式，获得了遥感反射率对应不同含沙量水体的变化规律。但是，不同水域悬浮物的成分、粒径分布和浓度的不同，其相应的反射率光谱特性也有所差异，目前国内对不同区域水体光谱特征的把握上还不全面，所以遵循美国NASA的海洋光学测量规范，测量获取了实验海域混浊水体的水面反射率光谱和对应的水体悬浮泥沙浓度等数据，在分析实测光谱特征的基础上，研究了水体表层悬浮泥沙浓度与不同波段遥感反射率之间的相关性，从中选取敏感波段进行统计分析，采用回归方程建立悬浮泥沙浓度遥感反演经验模型。另外，基于人工神经网络建立了悬浮物浓度遥感反演的经验模型。 1水体遥感原理 1.1 水色遥感原理 水色遥感是通过卫星传感器接收的离水辐射信号，对水体中待定物质的浓度信息等进行反演，这些物质主要包括浮游植物等悬浮物。水体中各种物质组成及其对应的浓度差异是造成水体光学性质差异的主要原因，主要表现为水体的吸收特性和散射特性的不同。因此，水体遥感的反演首先要获取与水体光学特性有光的离水辐射亮度，然后根据水体光学性质与对应物质的浓度等所具有的特定的关系，并借助一定的模型算法，从遥感影响上反演出水体中物质组成及其浓度等。水体光谱性包括两个方面：表观光学特性（Apparent Optic Properties，AOPS）和固有的光学特性（Inherent Optic Properties，IOPS） 1.2 悬浮泥沙遥感原理 水体中悬浮泥沙光谱反射率具有双峰特种，通常第一反射峰位置在550-670nm，第二反射峰位置在780-830nm。当水体中悬浮物质含量增加时，反射率波谱上的反射峰由短波向长波方向位移，及具有所谓的“红移现象”。随着水体含沙的增加，反射率增加幅度最大波长与反射率波谱最大峰值位置基本上是吻合。在含沙量较低时，第一反射峰值R1高于第二反射峰值R2.，随着S增加，R2.逐渐升高。当悬浮物质颗粒教细时，随着S的增加，R2.升高的速度要大于R1升高的速度 2建立遥感反演数据集 反演过程如图1所示，分为五个阶段：
长江口细颗粒泥沙絮凝主要影响因子及其环境效应研究
长江口细颗粒泥沙絮凝主要影响因子及其环境效应研究 【摘要】：河口海岸水域环境中细颗粒泥沙的絮凝沉降是引起河口、海岸泥沙沉积的主要影响因素之一。由于径流和潮流的相互作用，及盐淡水交汇等因素的影响，河口区细颗粒泥沙发生絮凝(吸附)—沉降—再悬浮—解絮(解吸)—扩散—沉积等复杂的变化过程。由此对河口泥沙的聚集和输移、河槽和浅滩的发育演变等有着重要的影响。在河口生物地球化学过程中对许多重金属元素和有机物的化学行为、迁移和归宿等也有显著影响。因此，河口区细颗粒泥沙的絮凝研究，对揭示河口“过滤器”本质和阐明河口沉积动力学过程具有重大的科学意义。作为国际地圈生物圈计划(IGBP)第六核心计划(海岸带陆地—海洋相互作用计划LOICZ)中的基础性科学问题之一，河口区细颗粒泥沙的絮凝和其影响因子及环境效应的研究引起了广泛关注。尽管已有的大量研究揭示了盐度在絮凝中的重要作用，但国内外一些研究者认为：实际河口环境中有机物的影响可能比盐度影响大得多。由于河口泥沙絮凝受到多种因素的影响，内在机理十分复杂。鉴于在理论上和实验技术上的某些局限，直到目前人们对此问题认识还不够清楚，河口界面化学的发展以及先进的现场观测仪器的应用为解决这一问题提供了契机。在国际LOICZ计划中已将长江河口列为专门的调查区域(LOICZNo.72)，以研究其在全球陆海相互作用所扮演的角色。长江河口细颗粒泥沙中有机性颗粒占总颗粒的60％—75％，细颗粒物质主要为粘土矿物，粗颗粒物质(＞8μm)主要为有有机附着或具有有机
裹层的粘土矿物集合体。同时由于河口的特殊地理位置，盐度的变化由口内径流至口外近海逐渐增加，各种阳离子浓度也出现相同的变化趋势。河口区丰富的有机质和离子浓度变化对泥沙絮凝都会产生较大影响。因此有必要将它们结合起来综合研究河口泥沙絮凝机理。本论文依托国家自然科学基金(No.50579021)资助项目和973国家重点基础研究发展规划项目(2002CB412405)，利用国家重点实验室先进的现场观测仪器及室内测试分析方法，分别于2006年2月(枯季)和8月(洪季)进行了二次现场观测，主要观测项目有水体含沙量、流速、流向、水温、盐度、pH值、絮凝颗粒粒径、浮泥层容重、浮泥层厚度等。同时定时分层次取水样，现场过滤分离，冷冻保存，用来测定水相和悬沙中金属离子和有机碳等化学元素以及悬沙颗粒粒径等，定时采取河床浮泥和沉积物样，用于化学元素和粒径分析。二次现场观测目的性较强，使用的仪器较先进，取得了一批质量较好的原始数据和样品，为本论文深入地研究絮凝机理奠定了基础。同时对各种金属阳离子以及有机质等絮凝影响因子作了详细的室内絮凝实验分析研究，依据絮团粒径、电位和絮凝率等参数变化以及电镜分析其微观机构研究了各絮凝影响因子对细颗粒泥沙不同的絮凝机理。通过现场观测和室内分析相结合的方法，揭示了长江口C-P-OM(C代表粘土，P代表阳离子，OM代表有机化合物)复合絮凝形成过程及变化机理，并对颗粒态金属污染物在细颗粒泥沙作用下的分布规律作了详细探讨。(1)长江河口实测期间絮凝颗粒粒径均值为63.2μm，是分散单颗粒粒径的10倍多，实测最小絮凝颗粒粒径为27.4μm，最大为107μm；在盐水入侵
高浓度悬浮泥沙的声学观测
第25卷 第6期海 洋 学 报Vol.25,N o.6 2003年11月ACTA OCEANOLOGICA SINICA Nov ember,2003 高浓度悬浮泥沙的声学观测 张叔英1,钱炳兴1 (1 中国科学院东海研究站,上海200032) 摘要:在分析高浓度悬浮泥沙的声衰减机理和进行实验研究的基础上,研制了两种 型号的超声波观测仪器(U BD-500/1500超声重度计)用于悬浮泥沙浓度剖面的连 续和实时观测,并且已经在长江口航道的浮泥探测、黄河小浪底水库的泥沙观测中得 到应用.讨论了测量原理和仪器的设计、标定等问题.这种基于声衰减测量原理的 观测仪器的主要优点是标定简便和稳定,含沙量观测范围为10~800kg/m3,标定后 的测量误差可达5%(F S ). 关键词:高浓度悬浮泥沙;声学观测;声衰减测量原理 中图分类号:T V143+.6;P733.21+6 文献标识码:A 文章编号:0253-4193(2003) 06-0054-07 1 引言 对水中低浓度的悬浮泥沙可以根据声散射的原理进行观测.由于在低浓度(通常指水中含沙量小于10kg/m3)和瑞利散射(即泥沙粒径远小于声波波长)的条件下,声后向散射强度与泥沙浓度成正比,因而使用声呐技术测量声后向散射强度,再通过适当的标定就能够实时地观测水中泥沙浓度的时空分布,获得水中泥沙的实时动态变化图像[1~3].在国内外这种测量声后向散射的声呐观测系统(ABS系统)已经被广泛和有效地应用于水中泥沙动力过程的观测和沉积动力学有关问题的研究[4~9]. 在水中含沙量达每立方米几十到几百千克的高浓度悬浮泥沙的情况下(如长江口水底的浮泥、黄河汛期的浑水、矿浆和水煤浆等),由于泥沙颗粒之间的相互作用(多次散射波和黏滞波)十分严重,上述声散射测量方法就不再适用.同样,对太高的泥沙浓度范围,人们熟知的光学测量(不论是测量光的透射强度或后向散射强度)方法无能为力,而 射线测沙仪则因对人体放射性危害和使用不便而被逐渐淘汰.至今对高浓度悬浮泥沙(泥浆)的浓度测量主要还是采用称重法,也就是用一个容器取得一定体积的泥浆后用天平称读出重量(如ANB-1泥浆比 收稿日期:2003-02-28;修订日期:2003-04-06. 基金项目:上海市科学发展基金资助项目(025907017). 作者简介:张叔英(1938 ),男,江苏省苏州市人,研究员,从事海底地形剖面及海水中悬浮泥沙的声学探测研究.