关于遥感监测鄱阳湖水环境的研究
基于Sentinel-1A的2020年鄱阳湖流域洪水灾害遥感监测
目前用于洪水检测较为成熟的方法主要包括单波段法、监督分类、非监督分类、谱间关系法、水体指数等方法[1-8]，相关专家有大量研究证明其实用性[9-17]。
本文基于Sentinel-1A 数据在水体提取上的优越性，分别采用监督分类（SVM 法）和非监督分类（IsoData 法）2种方法提取鄱阳湖洪涝前后水体变化信息，对比分析2种方法的提取精度及优缺点，为Sentinel-1数据在洪涝灾害监测及灾后评估方面的应用提供参考。
1研究区概况鄱阳湖位于江西省北部，跨越九江、南昌、上饶三市，是中国面积最大的淡水湖，也是中国第二大湖，属于长江中下游主要支流之一。
鄱阳湖南北长173km ，东西平均宽16.9km ，最宽达74km ，最窄仅有3km ，湖盆自东南向西北倾斜，湖岸线长约1200km ，汇集众多河流并经湖口注入长江。
其水位涨落受众多河流及长江水回灌作用共同影响，导致鄱阳湖南侧交汇处的水位变化较为显著，形成分布广泛的滩地、沼泽和沙洲等，成为我国重要的湿地生态系统之一。
在雨季来临时鄱阳湖可有效减弱河流聚集带来的洪峰影响，2020年入汛以来，中国南方地区发生大规模强降雨过程，造成多地发生较严重洪涝灾害。
基于此，本文以鄱阳湖区域为研究区开展洪水变化监测，研究区概况如图1所示。
收稿日期：2021-01-11。
项目来源：河南省自然科学基金资助项目（202300410180）；河南省高校基本科研业务费专项资金资助项目（NSFRF170807）。
（*为通信作者）基于Sentinel-1A 的2020年鄱阳湖流域洪水灾害遥感监测王磊1，连增增2*（1.河南省有色金属地质矿产局第一地质大队，河南郑州450000；2.河南理工大学测绘与国土信息工程学院，河南焦作454000）摘要：基于Sentinel-1ASAR 影像在洪水灾害监测方面的优越性，分别采用监督分类（SVM 法）和非监督分类（IsoData 法）2种方法对鄱阳湖流域开展灾前、灾后洪涝范围提取，以期为Sentinel-1数据在洪涝灾害监测及灾后评估方面的应用提供参考。
鄱阳湖现有水环境监测点时空分布特征分析
收稿日期:2017-12-16基金项目:国家自然科学基金项目(31260110);中央财政林业国家级自然保护区补助资金项目(PYH20130001)作者简介:陈明华(1978-),男,江西吉安人,讲师,主要从事湖沼学和藻类生态学研究工作。
E-mail :chenminghua@水环境监测是河流湖泊生态环境保护基础,是生态安全评价的出发点,是生态文明建设重要支撑。
鄱阳湖水环境监测是维持鄱阳湖生态系统健康的基础性工作,对鄱阳湖生态环境的评估或“河长制”的实施将起到基础作用。
鄱阳湖水环境监测点一旦确定,不应轻易改动,因鄱阳湖水环境不会短时间发生变化,须长时间序列监测。
水环境评价结果的准确性很大程度上依赖于采样设计的合理性和准确性,正确的采样调查设计可以降低调查成本[1]。
鄱阳湖水环境监测经过几十年的发展,取得长足发展,但在分析鄱阳湖时空尺度上水环境状况、服务鄱阳湖污染物总量减排、鄱阳湖水利枢纽工程建成后水环境如何变化等方面缺乏有力数据支撑。
鄱阳湖水环境监测存在的问题中以监测时空布点最为突出。
设立鄱阳湖水环境监测点要考虑三个方面:①监测什么指标。
鄱阳湖水环境监测指标目前多达30多种,少则5~6种。
②在什么地方监测。
监测布点要依据鄱阳湖的水文条件和鄱阳湖形状、湖水滞留时间,同时兼顾入湖河流、出湖河流和受外源(点源、面源)、风生流引起的环流等影响因素;③什么时间监测。
鄱阳湖水环境监测时间要依据监测指标特征、水文规律变化及监测条件来确定时间,一般有在线监测、每月、每季度和每年不同采样时间频率。
本文通过分析现有文献中时空布点及水环境数据对鄱阳湖水环境监测布点进行分析及优化。
1资料与方法1.1研究区域鄱阳湖是我国最大淡水湖,是过水性吞吐型通江湖泊,是国际重要湿地,是全球白鹤等珍稀候鸟栖息地。
鄱阳湖位于江西省北部、长江中下游交界处南岸,上承赣江、修河、抚河、信江和饶河五大河流,下接长江[2]。
鄱阳湖具有“高水是湖、低水是河,洪水一片、枯水一线”的自然景观特征[3],洪、枯水期的湖泊面积、容积相差极大,对入湖洪水及长江中下游洪水起着很大的调蓄作用[4]。
基于遥感数据的鄱阳湖水体后向散射系数反演
基于遥感数据的鄱阳湖水体后向散射系数反演翟彦放;邱月;陈方圆;邬国锋【摘要】水体后向散射系数是水体的重要光学特性之一,也是水质生物光学反演模型的重要参数之一,对其研究具有重要意义。
利用2010年10月鄱阳湖实测水体后向散射系数、吸收系数和遥感光谱数据,建立基于生物光学模型的水体后向散射系数反演模型(420 nm,470 nm,510 nm,590 nm和700 nm),模型校准和验证阶段的决定系数分别为0．739~0．866和0．684~0．827,RMSE基本上均小于0．4。
结果表明光谱数据和生物光学模型在反演鄱阳湖水体后向散射系数具有很大的潜力。
%Backscattering coefficient is one of the important water optical properties,and it is also an important in-putting parameter deriving water quality bio-optical model. This study aimed to establish the water backscattering coeffi-cient inversion model(420,470,510,590 and 700nm) using bio-optical model combined with the backscattering coeffi-cient,absorption coefficient and remote sensing data in Poyang lake in October of 2010. The results showed that:the de-termination coefficients of models in calibration and validation ranged from 0. 739 to 0. 866 and from 0. 684 to 0. 827,re-spectively,and the RMSE values were mostly less than 0. 4. We concluded that remote sensing data and bio-optical mod-el held great potential in retrieving backscattering coefficient of water body in Poyang Lake.【期刊名称】《城市勘测》【年(卷),期】2016(000)003【总页数】5页(P71-75)【关键词】鄱阳湖;生物光学模型;后向散射系数;水质遥感反演【作者】翟彦放;邱月;陈方圆;邬国锋【作者单位】国家测绘地理信息局重庆测绘院，重庆 400014;重庆市勘测院，重庆 400020;武汉大学资源与环境科学学院，湖北武汉 430079;海岸带地理环境监测国家测绘地理信息局重点实验室&空间信息智能感知与服务深圳市重点实验室&深圳大学生命科学学院，广东深圳 518060【正文语种】中文【中图分类】TP701水体后向散射系数是水体固有光学特性之一[1]，也是构建水质参数生物光学反演模型的重要输入参数之一[2]，而且与水体生物、物理和化学环境以及地理要素存在紧密联系[1]，因此其研究对水质反演和监测以及水体保护和管理具有重要意义。
基于MODIS的鄱阳湖湖面面积遥感监测研究
基于MODIS 的鄱阳湖湖面面积遥感监测研究许小华，张维奇，胡强（南昌大学建筑工程学院，江西南昌330031）摘要：利用MODIS 遥感数据，通过提取湖面水体信息，对鄱阳湖湖面面积进行动态监测分析，研究了不同季节水域面积变化特点，有利于掌握鄱阳湖洪水灾情的发展和趋势，从而更好的为政府管理提供科学依据．关键词：MODIS ；鄱阳湖；遥感；湖面监测中图分类号：P237，TP79文献标识码：A 文章编号：1004-4701（2008）04-0256-030前言鄱阳湖位于北纬28°22′至29°45′，东经115°47′至116°45′，地处江西省的北部，长江中下游南岸，是中国最大的淡水湖泊，总面积为224km 2。
鄱阳湖水位随水量变化升降幅度较大，具有天然调蓄洪的功能。
由于水位变幅大，所以湖泊面积变化也大。
汛期水位上升，湖面陡增，水面辽阔；枯期水位下降，洲滩裸露，水流归槽，湖面仅剩几条蜿蜒曲折的水道。
具有“洪水一片，枯水一线”的自然景观。
水面积是洪水灾害监测中的重要参数之一，由于卫星遥感技术迅猛发展，其具有宏观、快速和同步等优点，已逐渐在大面积水体识别、洪水监测等方面得到广泛应用，成为洪涝灾害评估预测的一种有效的技术手段。
MODIS 是当今世界新一代“图谱合一”的光学遥感仪器，它具有中等空间分辨率、高时间分辨率、可免费接收等独特优势，在实时地球观测和灾害监测中有较大的实用价值，为利用遥感影像实时监测鄱阳湖水情空间动态变化提供了可行的方法手段。
本文利用MODIS 遥感数据来估算鄱阳湖的水域形态和面积大小，对于不同季节性的湖面面积变化作了分析研究。
为鄱阳湖的防洪和调度管理提供辅助决策功能。
1MODIS 数据与预处理1．1MODIS 数据介绍中等分辨率成像光谱仪（MODIS）是美国NASA 对地观测系统（EOS ）系列遥感卫星平台上的主要传感器。
具有36个光谱通道，分布在从可见光、近红外到热红外的电磁波谱范围内（0．4～14μm ）。
基于遥感和历史水位记录的鄱阳湖区淹没风险制图1
J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(5): 720-724. E-mail: jlakes@©2009 by Journal of Lake Sciences基于遥感和历史水位记录的鄱阳湖区淹没风险制图*齐述华1, 舒晓波1, Daniel Brown2, 姜鲁光3(1: 江西师范大学地理与环境学院, 南昌330022)(2:School of Natural Resources and Environment, University of Michigan, Ann Arbor, USA, 48109)(3: 中国科学院地理科学与资源研究所, 北京100101)摘 要: 提出了一种利用多时相遥感影像和历史水位观测资料, 利用ArcGIS空间分析功能实现冲积平原区洪水风险制图的方法. 首先利用9幅鄱阳湖区不同时相的Landsat TM/ETM+遥感影像, 通过非监督分类的方法提取水体淹没范围. 根据都昌水文站资料1955-2001年间水位记录, 分别计算鄱阳湖洪水多发期(6, 7, 8月份)和全年各水位的超频率(EP). 假设在相同水位条件下具有相同的淹没范围, 将遥感获取的水体边界作为EP的等值线, 在ArcGIS的支持下, 利用等值线插值实现鄱阳湖区洪水多发期和全年的水体淹没风险制图.关键词: 鄱阳湖; 淹没风险制图; 遥感; 超频率Flooding hazard mapping for Poyang Lake Region with remote sensing and water level recordsQI Shuhua1, SHU Xiaobo1, Daniel Brown2 & JIANG Luguang3(1: School of Geography and Environment, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, P.R.China)(2: School of Natural Resources and Environment, University of Michigan, Ann Arbor, USA, 48109)(3: Institute of Geographic Science and Natural Resources Research, Chinese Academic of Science, Beijing 100101, P.R.China)Abstract: Flooding is a natural calamity that can caused great loss. Flooding hazard mapping is an effective tool for managing flooding to reduce the destructivity. In this paper, we suggested a new method to map the flooding hazard for alluvial plain with multi-temporal remote sensing images and lake level records. 9 images gained at different date for Poyang Lake Region were used to pickup the inundation extent with different lake level, and the annual and monthly exceedance probability of lake level for Poyang was estimated by sorting all lake level records. The boundary of inundation extent from remote sensing images was regarded as isolines valued as exceedance probability for the lake level happened on the image taken time. With the interpolation process provided by ArcGIS software, the flooding hazard were mapped for Poyang Lake Region.Keywords: Lake Poyang; flooding hazard mapping; remote sensing; exceedance probability湖泊生态系统是重要的湿地生态系统, 水是湖泊生态系统状态的最主要控制因子. 湖泊的水文过程往往控制着湖泊周边冲积平原的洲滩植被空间分布特征, 从而影响湖泊生态系统的野生动物空间分布特征. 受季风气候影响, 年际间季风的不稳定性造成了我国水旱灾害频繁发生. 长江流域中游地区, 洪水发生频率显著增加, 在汉朝-明朝(200BC-1644AD)洪水发生频率为9-11年一次, 而20世纪最后的几十年间, 洪水发生频率差不多是每2-3年发生一次[1]. 洪水风险图可以广泛用于洪泛区管理、洪水保险、土地利用规划、洪水避难、灾害预警、灾情评估、洪水影响评价、提高公众的洪水风险意识等重要作用.*国家自然科学基金项目(40801169)、江西省科技厅项目“鄱阳湖湿地生态系统动态监测”和国家科技支撑项目(2007BAC23B05)联合资助. 2008-11-11收稿; 2009-02-19收修改稿. 齐述华, 男, 1973年生, 博士, 副教授; E-mail: qishuhua11@.齐述华等: 基于遥感和历史水位记录的鄱阳湖区淹没风险制图721早在20世纪五、六十年代, 美国和日本等发达国家就开展了洪灾风险制图研究, 我国从20世纪80年代中期开始开展洪灾风险研究[2]. 随着空间技术在经济建设中应用的深入, 地理信息系统(Geography Information System, GIS)和遥感技术成为洪水管理的重要工具, 比如许有鹏等[3]在GIS 技术支持下, 借助历史洪水数据库和社会经济数据库, 探讨了流域洪水风险图快速编制的方法和途径; 苏布达等[4]结合遥感和GIS 建立洪水淹没风险的模拟模型; 陈鹏霄[5]应用GIS 工具研究了ASAR 遥感影像数据和DEM 数据进行东洞庭湖的水深制图和洪水频率制图的基础上制作东洞庭湖的洪水风险图; 唐川与朱静[6]在GIS 的支持下对影响山洪形成与泛滥的地形坡度、暴雨天数、河网缓冲区、标准面积洪峰流量、泥石流分布密度和洪灾历史统计六项因子进行了分析和叠合评价, 并结合社会经济的易损性分析, 完成了红河流域的山洪灾害风险区划图.本文拟利用不同时相的9幅Landsat TM/ETM+遥感影像, 以非监督分类的方法提取的水体淹没范围, 并结合鄱阳湖中都昌水文站资料1955-2001年间水位记录计算不同水位发生的超频率, 利用ArcGIS 的空间分析功能, 实现鄱阳湖区洪水淹没风险制图.1 研究区概况鄱阳湖位于长江中游, 承纳赣、抚、信、修、饶“五河”来水, 通过调蓄后经湖口流入长江. 受季风气候影响, 水旱灾害频繁发生, 造成鄱阳湖水位变化明显, 根据都昌水文站水位记录, 1955-2001年间最高水位和最低水位分别是20.60m 和6.28m(全文采用1985年国家标准高程基准), 湖泊水位差异悬殊导致湖泊形态差异悬殊, 呈现“高水为湖、低水似河”和“洪水一片、枯水一线”的景观, 湖泊水面面积变化在<1000km 2至>4000km 2之间[7]. 从11-19世纪, 鄱阳湖区共发生洪灾69次, 平均13年一次, 进入20世纪初至90年代, 发生洪涝灾害37次, 平均2.7年一次, 表明洪涝灾害发生的频率已显著增加[8], 并且洪水的强度也不断增加, 1998年洪水水位达到历史的最高记录. 在1955-2001年间, 分别于1973, 1977, 1980, 1983, 1992, 1995, 1996, 1998和1999年发生了9次大洪水(洪水位>18.9m, 都昌水文站水位), 其中历史最高水位发生在1998年的大洪水期间, 都昌水位达到20.6m, 超过发生在1995年的历史最高水位0.64m [7]. 都昌水文站1955-2001年各月份的平均水位, 鄱阳湖洪水主要发生在6, 7, 8和9月份(图1).2 数据与方法2.1 遥感数据文中主要采用了美国Landsat 卫星所获取的晴空条件下1987-12-17、1989-07-15、1993-01-31、1993-07-10、1999-04-06、1999-12-10、2000-07-05、2000-08-22和2001-01-29等9幅TM/ETM+遥感影像. 首先通过选择控制点将所有影像进行几何纠正, 纠正的精度控制在1个像素点以内. 由于遥感影像的数据来源不同, 影像的投影参数不一致, 因此文中结合DEM, 将所有影像的投影转换为横轴墨卡托投影的正射影像. 对每幅遥感影像进行非监督分类提取水体范围, 由于鄱阳湖水面范围大, 水体中悬浮物质和污染物浓度、水体深度差异较大, 导致水体的光谱特征有所差异, 进行非监督分类时, 同是水体会被划分为不同的类别, 所以需要结合目视判读, 提取出水体范围. 并在ArcGIS 软件支持下, 将栅格数据格式下的水体淹没范围转换为淹没范围矢量, 得到水体淹没范围边界. 2.2 圩堤数据鄱阳湖区围湖造田历史悠久[9], 目前圩堤纵横6400km [10](图2), 根据圩堤的保护面积大小, 鄱阳湖区圩堤划分为重点圩堤、重要圩堤和小圩堤, 1998年大洪水后, 鄱阳湖区实行退田还湖, 把部分小圩堤挖开,图1 鄱阳湖都昌观测水位的月相变化特征Fig.1 The lake level monthly dynamic for Lake PoyangJ. Lake Sci .(湖泊科学), 2009, 21(5)722这部分圩堤又分为单退圩堤和双退圩堤. 除了圩堤倒塌的情况, 通常圩堤内与鄱阳湖水体的联系是在人为控制下, 不受湖泊水文地形条件的控制. 圩堤内部水体与湖泊水文站观测水位不存在水力上的联系, 圩堤内区域不作为水体淹没频率计算的范围. 2.3 都昌水文站观测水位和淹水风险制图超频率(Exceedance Probability, EP)是建立在多年历史观测资料统计基础上的, 为所有观测值中大于某值的频率, 可以表达为:()=100%nEP x N(1) 其中, x 为观测值, n 为所有观测样本中大于x 的样本数, N 为总的观测样本数. 以超频率为纵坐标、观测参数为横坐标形成的超频率曲线表现为递减函数, 被广泛应用于自然灾害事件(如气候异常事件、水文灾害[11-12]等)的发生频率预报中. 水位的超频率是根据多年历史水位记录, 大于某水位的频率. 由于鄱阳湖区洪水主要发生在6-8月份, 所以在这里着重分析6-8月份各水位发生的超频率, 同时也考虑了全年各水位的超频率.假设水体的淹没范围只受水位的控制, 那么水体淹没边界的淹没频率与该淹没边界对应水位的超频率是相同的. 利用1955-2001年间每天的都昌水文站水位, 利用(1)式计算遥感影像获取日期的都昌水位的超频率, 并将遥感提取的水体淹没范围边界线作为都昌水位的EP 等值线; 同时, 结合鄱阳湖区的DEM, 提取出鄱阳湖区高程小于历史最高水位的范围作为鄱阳湖历史最大淹没范围, 并将提取的最大淹没范围转化为矢量, 作为EP =0的等值线. 此外, 凡是高程大于1998年最高洪水位的地区, 淹没风险为0, 另外, 由于圩堤内的区域淹没风险主要依赖于圩堤的结构和强度等, 在不考虑圩堤内涝和溃堤的前提下, 认为淹没风险为0. 最后, 通过最近邻内插方法, 实现鄱阳湖区圩堤外的年度、6月份、7月份和8月份的水体淹没风险制图.3 结果与讨论3.1 水位的超频率根据水位超频率的定义, 最高水位的超频率等于1/N , 其中N 为总的水位观测样本数,而最低水位的超频率为图3 鄱阳湖年、6月、7月和8月份水位的超频率Fig.3 The Exceedance Probability for every lake levelbased on lake level records from Douchang hydrological station during 1955-2001图2鄱阳湖区DEM 和环湖圩堤分布 Fig.2 DEM for Poyang Lake Region and the leveesdistribution around Lake Poyang齐述华等: 基于遥感和历史水位记录的鄱阳湖区淹没风险制图723100%. 各遥感影像获取日期的都昌水位及该水位所对应的超频率见表1. 从超频率-水位曲线(图3)可以看出, 超频率-水位曲线是递减曲线, 超频率随着水位的增加而减少; 相同水位下, 7月份水位超频率最大, 表明7月份高水位的发生频率最大, 这与都昌水文站历年7月份的平均水位最大的结果(图1)是一致的.表1 影像获取时间所对应的都昌水位及相应水位的超频率Tab.1 The lake levels and the corresponding Exceedance Probability happened in these daysthat landsat images were taken图4 全年的和洪水多发月份的鄱阳湖区洪水淹没频率空间分布 Fig.4 The annual and monthly flooding probability for Poyang Lake RegionLandsat 影像获取日期 都昌水位(m) 年EP 6月份EP 7月份EP 8月份EP 1993-01-31 8.32 0.919 1 1 1 1999-12-10 9.29 0.816 1 1 1 1987-12-17 9.73 0.774 1 1 1 2001-01-29 11.03 0.623 0.988 1 0.9721999-04-06 11.48 0.562 0.966 0.998 0.962 2000-08-22 13.72 0.294 0.585 0.890 0.702 2000-07-05 15.54 0.137 0.260 0.605 0.398 1989-07-15 17.35 0.045 0.054 0.274 0.121 1993-07-10 18.360.0210.020 0.144 0.054J. Lake Sci.(湖泊科学), 2009, 21(5) 7243.2 鄱阳湖区水体淹没风险制图利用ArcGIS空间分析模块的内插功能, 采用最近邻内插方法, 得到鄱阳湖区淹水发生频率空间分布图(图4), 说明(1)年淹没频率空间分布图能够清楚地反映出常年淹水的范围, 与低水一线的景观吻合;(2)6月、7月和8月的淹没频率分布图能够反映鄱阳湖区基本处于高水位, 特别是7月份, 湖泊草洲基本都处于淹没状态.4 结论与展望本文提出了一种利用历史水位观测数据和多时相的遥感数据, 在GIS的支持下实现湖泊洪水淹没风险制图的新方法, 并成功应用于我国洪水多发的长江中下游鄱阳湖区, 实现了鄱阳湖区洪水季节6、7、8月份和全年的洪水淹没风险制图.由于鄱阳湖平原耕种历史悠久, 平原上广布着保护耕地和居民点的圩堤, 圩堤包围的区域的洪水淹没风险很大程度上依赖于圩堤的结构、强度, 使该方法不能合理的评价圩堤内的洪水淹没风险, 而事实上洪水造成的损失主要来自于圩堤内的农业损失和居民点的财产、人员损失等. 对圩堤内部的洪水淹没风险的研究还有待进一步收集圩堤的建筑参数资料和历史事件的发生等资料, 实现这些区域范围的洪水风险评估.5 参考文献[1]Yin H, Li C. Human impact of floods and flood disasters on the Yangtze River. Geomorphology, 2001, 41: 105-109.[2]黄大鹏, 刘闯, 彭顺风. 洪灾风险评价与区划研究进展. 地理科学进展. 2007, 26(4): 11-22.[3]许有鹏, 李立国, 蔡国民等. GIS支持下中小流域洪水风险图系统研究. 地理科学, 2004, 24(4): 452-457.[4]苏布达, 姜彤, 郭业友等. 基于GIS栅格数据的洪水风险动态模拟模型及其应用. 河海大学学报(自然科学版), 2005,33(4): 370-374.[5]陈鹏霄. 基于GIS和遥感数据的洪水风险分析. 水利水电快报, 2008, 29(8).[6]唐川, 朱静. 基于GIS的山洪灾害风险区划. 地理学报, 2005, 60(1): 87-94.[7]Shankman David, Liang Qiaoli. 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鄱阳湖水资源与水环境科学研究
（ 10 位
水
12.09m。
5
0
1950 1955 1959 1964 1968 1972 1976 1980 1984 1988 1992 1996 2000 2004 2008
年份（年）
鄱阳湖出入流量
鄱阳湖多年（1956～2005年）平均入江径流量为1473.60亿m3，五河 多年平均入湖水量1285.68亿m3。三峡水库运行后，5～6月泄流量增加， 使湖口水位抬升，鄱阳湖的调蓄容积减少。鄱阳湖是长江流域最大的天 然洪水调蓄区，洪水期湖区水位每提高1米，可容纳长江倒灌洪水40亿 m3以上；鄱阳湖多年平均汇入长江水量占长江干流多年平均径流量的 15.6%，是长江下游的重要水源地。
方公里，生态安全的 影响涉及长江下游沪、 苏、浙及皖等省的部 分地区。
? 湖区地势低平，四周 山丘环绕，五河入湖 与湖水交汇，构成冲 积平原，形成起伏较 小的湖盆地。
1 鄱阳湖水资源
?鄱阳湖水资源现状
?鄱阳湖水资源存在的问题
丰水期
枯水期
洪水肆虐
枯水期干旱
1 鄱阳湖水资源现状
鄱阳湖地表水资源现状
水量（亿 m3）
水资源现状评价
紧缺性 富水
水紧张 缺水
严重缺水
赣江流域 抚河流域 信江流域 饶河流域 修河流域 鄱阳湖区 外河流域
M.Falkenmark 的水紧缺指标
人均水资源占有量 (m 3/年.人) >1700
1000～1700 500～1000
<500
主要问题 局部地区、个别时段出现水问题 将出现周期性和规律性用水问题 将经受持续性缺水，经济发展受到损失，人的健康受影响
小规模、无序的、分散型的资源开发与鄱阳湖巨大的资源潜力不相称。 对湖区民众的宣教力度不足，民众对鄱阳湖生态资源的保护意识不够也造 成资源开发的无序和低效。
鄱阳湖富营养化高光谱遥感监测模型初探
第 32卷第 4期 2007年 7月测绘科学Science of Surveying and Mapp ingVol 132 No 14Jul 1鄱阳湖富营养化高光谱遥感监测模型初探王婷 ①② , 黄文江 ② , 刘良云 ② , 贾建华 ① , 沈涛 ②( ①西安科技大学测量工程系 ,西安 710054; ②国家农业信息化工程技术研究中心 , 北京 100097)【摘 要 】基于对光谱反射率与水质参数的相关分析 , 分别选取特征波长建立水质参数高光谱估测模型 。
结合修 正营养状态指数 , 对湖泊的富营养化程度进行了监测和评价 。
结果表明 : ①总氮 、总磷含量和透明度值的高光谱估测模型效果较理想 ; ②单项指数评价水体富营养化水平其结果存在较大差异 , 综合考虑多个指标 , 计算营养指 数的平均值 , 可以对富营养化程度进行正确的评价 ; ③由于悬浮物浓度变化较大 , 掩盖了水体的叶绿素 a 信息 , 以致叶绿素 a 估测模型不具有通用性 , 为了完善叶绿素 a 浓度估测模型需要获得大范围 、多季节的光谱数据 , 以 便建立更有代表性和通用性的模型 ; ④评价结果显示 , 鄱阳湖呈现轻度到中度富营养化状态 , 需要采取有力的保 护措施防止进一步恶化 。
【关键词 】鄱阳湖 ; 高光谱 ; 水质 ; 富营养化 【中图分类号 】 T P79 【文献标识码 】A 【文章编号 】1009Ο2307 (2007) 04Ο0044Ο031 引言富营养化是指湖水中氮 、磷浓度达到一定阈值 , 促使 浮游性藻类大量繁殖 、水色发暗 、透明度降低 、水体溶解氧下降 、水质恶化 、湖泊功能衰退的水环境污染现象 [ 1 ]。
作为我国第一大淡水湖 ———鄱阳湖是一个完整 、独立 的通江湖泊 , 它上承 “五河 ”, 下通长江 , 即接纳江西境内 赣 、抚 、信 、饶 、修五大河流 , 由 8 个入口 (赣江南支口 、 赣江主支口 、抚河口 、信江东支口 、信江西支口 、昌江口 、 乐安河口和修河口 ) 汇入鄱阳湖 。
湖泊水环境关键要素遥感系列模型实验报告
湖泊水环境关键要素遥感系列模型实验报告湖泊是地球上重要的水资源，对人类生活和生态环境具有重要影响。
湖泊水环境的关键要素是指影响湖泊水质和生态系统的各种因素，包括水温、水质、浊度、藻类浓度等。
通过遥感技术对这些关键要素进行监测和研究，可以提供湖泊水环境的动态变化信息，为湖泊管理与保护提供科学依据。
本文将介绍基于遥感技术实现的湖泊水环境关键要素监测模型，并进行实验验证。
首先，我们需要获取湖泊的遥感影像数据。
遥感影像可以通过卫星或飞机等平台获取，具有全面、连续和多时相的特点，适合用于湖泊水环境监测。
然后，我们需要对遥感影像进行预处理，包括大气校正、辐射定标、几何校正等，以确保数据的准确性和一致性。
在获取和预处理遥感影像数据后，可以开始进行湖泊水环境关键要素的提取。
首先是水温的监测。
水温是湖泊水环境的重要指标之一，对湖泊生态系统和水质具有重要影响。
通过遥感技术可以获取湖泊水表面温度信息，从而实现湖泊水温的监测。
遥感影像中的热红外波段反映了水体的表面温度，可以通过定量计算来获取水温信息。
其次是水质参数的监测。
湖泊的水质参数包括溶解氧、总氮、总磷等指标，对湖泊生态系统和水质具有重要影响。
通过遥感技术可以获取水体的光学特性，如反射率和吸收率等，进而反推出水质参数。
这可以通过光谱分析和数学模型来实现。
浊度是湖泊水环境的另一个重要指标，反映了水体中悬浮物的含量。
通过遥感技术可以获取湖泊的浊度信息，从而了解湖泊水体中悬浮物的分布和变化趋势。
浊度可以通过遥感影像中的反射率和散射率等光学特性来估算。
藻类浓度是湖泊水环境的重要指标之一，对湖泊生态系统和水质具有重要影响。
藻类浓度可以通过遥感技术获取，通过遥感影像中的蓝绿波段反射率可以估算藻类浓度。
藻类含量高的湖泊往往伴随着水体富营养化和蓝藻水华等问题，对湖泊生态环境造成威胁。
通过以上实验验证，我们可以得出结论：基于遥感技术的湖泊水环境关键要素监测模型是一种可行有效的方法。
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关于遥感监测鄱阳湖水环境的研究 王壬 江西师范大学地理与环境学院08地理信息系统 E-mail：wangrengis@126.com 摘要： 鄱阳湖是我们江西人民巨大的资源宝库，它已经成为鄱阳湖区人民获得食品、能源、水源、原材料的源头。温家宝总理在我省视察时，就生态环境保护问题作出的重要指示：“要保护好鄱阳湖生态环境，使鄱阳湖永远成为一湖清水。”[1],省政府也提出了建设鄱阳湖生态经济区的构想，对鄱阳湖的开发利用及其环境的保护甚至已是其它国家关注的问题。 研究鄱阳湖湿地的生态环境，不能脱离了对鄱阳湖水环境的研究。常规的水环境监测依赖于定位采样调查，定点采样分析虽然准确，但对于号称中国第一大淡水湖的鄱阳湖，它无论在规模、范围、频度上均是相对有限的。而遥感则提供了大尺度、动态的观测，应该说利用遥感手段来分析、监测鄱阳湖水的动态变化及其水质状况更显示它的优越性。本文通过综合水体遥感的原理、方法和应用，进一步阐述了利用遥感在鄱阳湖水环境监测中的应用。
关键词：鄱阳湖，水环境，遥感监测，光谱特征 1、引言 随着鄱阳湖生态经济区的规划和发展，在进一步开发和利用鄱阳湖区资源的过程中，工农业生产和城市化带给鄱阳湖水环境的影响将不可避免，为了更有效地实施管理，合理开发、保护和利用鄱阳湖水资源，改善水质状况，需要及时掌握水质现状，以便有效控制污染。因此，动态监测鄱阳湖的水质对于保护鄱阳湖一湖清水十分必要。而水体遥感则能利用不同水物质构成表现出不同的光谱反射特征，进而研究水体的质量。因此，遥感应用于监测水环境已经是不可缺少的技术支持和手段之一。
2、水体的反射光谱特征（遥感水体原理）[2] 水的光谱特征主要是由水本身的物质组成决定的，同时又受到各种水状态的影响。地表较纯净的自然水体对0.4-2.5um波段的电磁波吸收明显高于绝大多数其它地物。在光谱的可见光波段内，水体中的能量物质相互作用比较复杂，光谱放射特性概括如下： （1）光谱反射特性可能包括来自三方面的贡献：水的表面反射、水体底部物质的反射和水中悬浮物质的反射。 （2）光谱吸收和透射特性不仅与水体本身的性质有关，而且还明显地受到水中各种类型和大小的物质：有机质和无机质的影响。 （3）在光谱的近红外和中红外波段，水几乎吸收了其全部的能量，即纯净的自然水体在近红外波段更近似一个“黑体”，因此，在1.1—2.5um波段，较纯净的自然水体的反射率很低，几乎趋近于零。
3、遥感监测鄱阳湖水环境分析 3.1较洁净的鄱阳湖水的光谱特征 上述水体遥感原理中提出地表较纯洁的自然水体对0.4-2.5um波段的电磁波吸收明显高于绝大多数其它地物，故其光谱反射率通常低于其它地物。而对近红外波段的吸收高于对可见光波段的吸收，几乎吸收了其全部能量，即纯洁水体在近红外波段更近似于一个黑体。因此，在近红外波段纯洁水体的反射率很低，几乎近于零。 鄱阳湖主湖区最大自然水面面积:4078km2，最大人工水面面积:644.1km2，在鄱阳湖水域的天然水体处受到外界环境因素影响相对小，如无太大的污染形成，可视其为较洁净的天然水体。这部分水域在遥感图像上的光谱特征将如上述所说，从中我们可以监测鄱阳湖每年的较洁净水域的面积，从而实时动态监测该面积的变化情况。 3.2鄱阳湖混浊自然水体的光谱特征 水体混浊的动力因素：鄱阳湖湖流特征为低水流速大，高水流速小，可分为重力型、倒灌型、顶托型三种基本形态。水体浑浊的物质因素：鄱阳湖入湖泥沙（悬移质）多年年均为1689×104t ，出湖976×104t ，淤积713×104t，入出湖泥沙和淤积量表现出明显的阶段变化，1990 后入出湖泥沙和淤积量减少约40﹪。[3] 在五大河（赣抚信饶修）河水携带泥沙、天然有机物和浮游生物造成混浊水体在尾闾入湖，混浊水体通常比清澈水体的光谱反射率要高些，清澈水体能够几乎吸收红外光，而当水体中含有颗粒直径较大的泥沙时，其对红外光反射能力就有明显增加。这五大河流水与湖水交接处鄱阳湖与长江水体交接处，在近红外波段，湖水的平均光谱反射率则高于河水的平均光谱反射率，这样就能够区分河流水体以及在湖泊中已经净化的水域，假如鄱阳湖有污染源来自某一条河流就能辨别出来，以采取措施治理。 3.3鄱阳湖被污染水体的光谱特征 鄱阳湖区工农业生产和人民生活的废弃物中，各种有毒害的有机物和无机物进入鄱阳湖后，就造成了水体的污染，并导致水体反射光谱特征的某些变化。对于鄱阳湖的污染源，主要来自湖区人民的生产生活中产生的对环境污染，河流上游带来的污染物质以及在进一步开发利用鄱阳湖资源中带来的环境破坏。赣江以赣州江段和南昌江段的污染物分布为最重。赣州江段以石油类、挥发酚为主要污染因子，南昌江段以氨氮和挥发酚为主要污染因子。南昌段的电力、纺织、造纸、化肥、钢铁等工业废水排污口大多沿赣江南支排列，市区污水80%以上由青山闸口排入赣江南支。信江以鹰潭段的污染物分布为最重，受诚志化工以及工业园区的工业企业排放废水的影响，该河段总磷污染严重。饶河昌江段受景德镇电厂、焦化煤气厂所排氨氯、石油类、挥发酚等污染物的影响；乐安河受德兴铜矿以及乐平市塔山工业园区所排镉和氨氮等污染物的影响，德兴铜矿所排酸性废水，造成酸性污染严重。[4] 由于污染物质很多种，其具有与众不同的理化性质，因而它们对水体的光谱反射率影响也各不相同。在《中国典型地物波谱及特征分析》一书中提出：含黑色物质和暗黑色物质的悬浮物较多的污染水体，在0.4-1.1um波段的反射率比洁净的自然水体的反射率相对低一些，含中等色调悬浮物质较多的水体在上述波段的反射率比洁净水体的反射率要高些，而含浅色和白色的污染物质较多的水体，在0.4-1.1um波段的反射率则显著地高于洁净的自然水体的反射率。[5] 根据以上提出的原理，在鄱阳湖水环境监测中，就可以用于监测不同的污染源。鄱阳湖区的城市是湖水接收城市污水的主要源头，主要由城市的生活废水和工业废水混合而成，一般呈黑色并有腐臭气味，这种污染水体属于含中等色调悬浮物质较多的水体在0.4-1.1um波段的反射率比洁净水体的反射率要高些，即来自湖区的城市生活废水比湖水本身反射率高。这样就能有效的监测湖区周围居民区给鄱阳湖水环境带来的压力，及时的采取相应措施，减少城市生活污染物质。随着鄱阳湖生态经济区的不断扩张发展，工业化必然带来工业污水从而对鄱阳湖水环境造成威胁，这就必须监测到工厂排入到河流或水体中的污染水进行检测并实施监测。工业污水的色度越高，其特征反射峰值也越高，污水的颜色不同，特征峰区的值也各部相同。 3.4鄱阳湖水体叶绿素含量监测 水中叶绿素的浓度与水体反射光谱特征存在关系：a、水体叶绿素浓度增加，蓝波段的反射率下降，绿波段的反射率增高；b、水面叶绿素和浮游生物浓度高时，近红外波段仍存在一定的反射率，该波段影像中水体不呈黑色，而是灰色，甚至是浅灰色。[2] 鄱阳湖的富营养化已经受到一些学者科学家的关注，而水中叶绿素浓度时浮游生物分布的指标，是衡量水体初级生产力和富营养化作用的最基本标志。如果能够使用遥感对鄱阳湖水中叶绿素的含量实施监测，就能快速的找到水藻生长强盛的水域区，同时观测导致富营养化的主要物质来源，两者进行综合处理，在防止鄱阳湖水体富营养化而导致的水质变化中将起到重要作用，甚至是不可缺少的技术手段。实时动态监测鄱阳湖水体中叶绿素的含量对于研究鄱阳湖富营养化问题具有重要意义。
4 结语 遥感监测的项目增多、分辨率提高、解译性能增强，逐渐占据环境监测中的重要地位，水体遥感技术也越来越成熟。同时随着鄱阳湖生态经济区的规划和对鄱阳湖的研究越来越受到国内外学者科学家的关注，有必要进一步发挥遥感技术在环境保护领域中的作用，深化遥感技术在鄱阳湖研究中的应用。而遥感技术在鄱阳湖水环境监测方面的应用将提高在鄱阳湖水环境研究中的水平，使对鄱阳湖水环境监测和保护水平再上一个台阶，对于鄱阳湖水环境监测和保护将起到重要作用。希望卫星遥感将在鄱阳湖水环境研究中发挥更大的作用。
参考文献 [1]都昌在线http://www.duchang.org/dispbbs_26_13772_66.html [2]《遥感导论》梅安新 秦其明 刘慧平等 高等教育出版社 [3]《鄱阳湖研究》江西师范大学 刘影 [4]《三峡工程对鄱阳湖水质影响》朱信华河海大学水文水资源学院，江苏南京 [5]《中国典型地物波谱及特征分析》童庆禧等主编 科学出版社 [7]《遥感应用分析原理与方法》赵英时等 科学出版社 [5]《遥感原理与应用》孙家柄主编 武汉大学出版社 [6]《卫星遥感图像计算机分类与地学应用研究》曾志远主编 科学出版社 About the water environment of remote sensing monitoring poyang lake Wangren Jiangxi normal college geography and environment institute 08 geographic information systems E-mail: wangrengis@126.com Abstract: Poyang lake is our great resources of jiangxi people, it has become PoYangHuOu people get food, energy and water, and the source of raw materials. Premier wen jiabao in our inspection, ecological environment protection problems made important instructions: "to protect the ecological environment, make poyang lake ever become a lake water." [1], the provincial government also puts forward the concept of ecological construction of poyang lake, the lake region of the exploitation and utilization and environmental protection has even from other countries. Research of wetland ecological environment and poyang lake water from a study of the environment. Conventional water environment monitoring sampling survey, rely on location designated sampling and analysis for so-called accurate, but although China's largest freshwater lake, regardless of the size, scope, frequency in the relatively limited is. And remote sensing, provides large scale, dynamic observations, should say remote sensing monitoring method to analysis, the dynamic changes of the water and the lake water more advantages. Based on the comprehensive water sensing principle, method and application of remote sensing, further expounds in poyang lake water environment monitoring application. Keywords: poyang lake, the water environment monitoring, the spectral characteristics