水资源环境遥感监测

贵州大学环境监测学题目：水资源环境遥感监测姓名：颜兴奎

2011年12月12日

水资源环境遥感监测

前言

水资源是人类赖以生存和社会发展不可替代的战略资源。随着人口的急剧增加、社会经济的迅速发展，以资源匮乏和污染为主要特征的水资源安全日益成为全球性问题，亦是我国生态环境改善和社会可持深发展的主要制约因素。如何建立有效的方法，科学、准确、快速地对水资源环境进行监测，适时掌握水资源环境的变化信息，进而采取相应的措施，已成为对水资源的有效利用、合理规划及保护的关键问题。

一、水污染的现状

中国是一个水资源短缺、水灾害频繁的国家，水资源总量居世界第六位，人均占有量只有2500立方米，约为世界人均水量的1/4，在世界排第110位，已被联合国列为13个贫水国家之一。中国有82%的人饮用浅井和江河水，其中水质污染严惩细菌超过卫生标准的占75%，受到有机物污染的饮用水人口约1.6亿。据最新资料透露，目前中国主要大城市只有23%的居民饮用水符合卫生标准，小城镇和农

村饮用水合格率更低。多年来，中国水资源质量不断下降，水环境持续恶化，由于污染所导致的缺水和事故不断发生，不仅使工厂停产、农业减产甚至绝收，而且造成了不良的社会影响和较大的经济损失，严重地威胁了社会的可持续发展，威胁了人类的生存。所以，我们必须采取相应措施处理水污染，而有效的水环境监测技术就显得很有必要，因而将遥感技术运用到水环境监测中，产生了一门新技术——水环境遥感监测技术。

二、“3S”技术

“3S”是指遥感技术（RS）、地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）三种空间信息技术的简称。

一、遥感是一种以非直接接触方法对远距离目标性质进行探测的技术。遥感技术系统由遥感平台、传感器、遥感介质、数据处理和应用五部分组成。

二、地理信息系统是一个具有多种功能的计算机软、硬件系统，是一个具有空间数据的采集、储存、检索、分析和可视化的数据库管理系统。

三、全球定位系统是一个高精度、全天候和全球性的无线电导航、定位和定时的多功能系统。其由GPS卫星星座、地面监控系统和GPS信号接收机三部分组成。

二、水环境遥感监测技术

一、遥感监测的机理

水污染遥感监测的主要机理是被污染水体具有独特的有别于清

洁水体的光谱特征，这些光谱特征体现在其对特定波长的光的吸收或反射，而且这些光谱特征能够为遥感器所捕获并在遥感图像中体现出来。通过计算机图像处理的技术能够突出这些信息，而且通过特定时间的图像并结合地面监测的水质分析数据，建立比较准确的水质遥感模型，并利用该模型处理遥感数据，可以取得较为准确的结果，这就是利用遥感数据进行水污染定量检测的主要方法。

遥感的主要目的在于识别地物，其识别地物的机理在于不同地物具有不同的光谱特征。对于水体而言，最常用最敏感的波段为可见光波段和近红外波段。

二、水体污染的遥感监测方法

污染水体与清洁水体的光谱特征不同，在用遥感监测时，就可以根据其光谱特征的不同来确定水体的污染情况。当将所遥感监测的水体的光谱特征反映到遥感图像时，就有了不同的遥感图像，再利用彩色合成、单波段灰度分割、多波段图像分类和三波段彩色合成等方法分辨水体的污染情况。

三、技术思路

首先，利用遥感具有视域广、信息更新快的特点，实时、快速地提取大面积流域及其周边地区的水资源环境信息及各种变化参数；其次，运用GPS为所获取的空间目标及属性信息提供实时、快速的空间定位，实现空间与地面实测数据的对应关系，同时利用ＧＩＳ技术完成庞大的水资源环境信息存储、管理和分析。最后，通过实验的或物理的模型将遥感信息与观测目标参量联系起来，将遥感信息定量地反

演或推算为水资源环境信息参量，实现水资源环境信息的定量估算。

四、技术现状

目前，国内在应用遥感技术研究内陆河湖与近海的水质状况方面做了大量工作，但多数局限于定性研究，或进行已有的航空和卫星遥感数据分析，却很少进行纯水以及不同水质的波段特性研究，尤其是缺乏实验室和多种传感器的波段数据及其定量分析结果。从目前对水资源环境的研究来看，更多的是偏向于地表水资源—水生态系统，将流域地表水－浅层地下水—生态系统作为一个不可分割的整体系统来进行研究明显偏弱。

三、水环境遥感监测的应用

一、水中叶绿素遥感监测

用遥感手段测定叶绿素浓度有多种方法。其中比值法是最成熟、也是应用最广泛的方法。用比值相关法确定叶绿素浓度的关系式为

4.634.2156061-∙∑==R R C n n λω 式中，n R λ为波长n λ的反射辐射量。n λ分别为420,470,520,640,720,850nm 。

二、水中悬浮泥沙信息提取

从理论上讲，水体的光谱特征，包含了水中向上的散射光，它是透射的入水光与水中悬浮物质相互作用的结果，与水中的悬浮泥沙含量直接相关。因此，水体的反射辐射与水中悬浮物质含量之间存在着密切的关系。根据定量表达悬浮泥沙含量与遥感数据间的关系，反演悬浮泥沙含量，来建立模型。大致有两种：一是以统计相关分析为基础的半经验模型；二是以灰色系统理论为基础的模型。

三、海洋石油污染的遥感监测

海洋石油污染是各种海洋污染中影响范围最广、危害时间最广、对生态环境破坏最大的一种海洋污染，石油污染监测已经成为遥感手段监测海洋污染中最重要的应用项目之一。油膜和海水之间在热辐射以及对太阳光的反向、散射、吸收方面的差异，导致卫星影像资料中灰度值的不同，使卫星影像在颜色、纹理等方面产生差异，根据各种油污的反照率和热辐射的光谱特征对卫星影像中的海洋溢油进行翻译。如果建立油膜厚度与影像灰度之间的关系，则可以由遥感图像推算油膜厚道并估算污染水面的石油量。

四、水环境遥感监测的意义

水环境信息具有地域性、时效性、复杂性和多目的性，而常规的水资源环境监测技术主要是基于测站、断面的点数据，不利于整体分析和全局掌控。面对此问题，我们将遥感技术引进到水资源环境监测中。遥感技术是能够快速获得大范围地面数据的有效手段，其覆盖面大，同步效果好，信息丰富，有利于观察和研究各种地面现象的连续空间发布；其具有快速、简便、同步、客观、经济等优势，它可以有效地监测表面水质参数空间和时间上的变化状况。

参考文献

矫彩山等.环境监测.哈尔滨：哈尔滨工程大学出版社，2006

Roger N. Reeve .环境监测基础.北京：化学工业出版社，2009

陈朝东等.水环境监测技术问答.北京：化学工业出版社，2006