遥感技术在水资源生态环境监测中的应用

（西藏自治区生态环境遥感监测中心，西藏拉萨 850000）

1.遥感技术在水环境监测中的应用

利用遥感信息技术对水环境进行监测评价时，主要依据来源于水体及污染物的光谱特性。通常情况下，对水环境遥感监测时采取的是遥感影像技术，该技术主要是通过遥感影像对水体进行分析，从分析数据中获得其分布、泥沙、有机质、化学污染等状况基本情况，此外还包括水深、水温等状况。通过系列分析后，再对该区域的水资源和水环境等做出科学合理的评价，为相关部门提供重要的技术支持。利用遥感技术不但可以快速的监测出水体污染源的类型及位置分布，还可以监测出水体污染的分布范围等。

1.1 对水体中植物营养物质含量过剩的监测

当水体中的氮、磷等植物营养物质含量过多时就会污染水质，常见的江河湖泊中的水华及海洋中的赤潮都是因此形成的。针对水体中因植物营养物质过量造成的污染，利用遥感监测技术，通过分析水体的反射吸收及散射太阳辐射能形成的光谱特征，再与植物营养物质过量时的水质参数及浓度间的关系，建立一个植物营养物质过量时的水质参数定量遥感反演的模型，再对各水质参数之间的相关性进行详细的分析，最后再建立一个适当的营养过量评价模型。通过遥感技术对湖泊、海洋营养过量化进行检测，能密切的观测到其空间分布及动态。该技术具有可监测的范围较广，速度较快、成本相对较低的优点，对需要长期动态监测工作的优势也很明显。同时，在使用该技术的过程中还能监测到一些常规方法较难发现的污染物排放源地，迁移扩散方向，影响波及的范围等重要问题。由此表明，遥感技术在环境监测中的应用优势比较明显[1]。

1.2 水体中悬浮固体的监测

在水体中悬浮固体的成分多少是衡量这一水域水质指标的重要参数之一，在一定区域水中的悬浮固体（SS）不但能作为水体污染物的示踪剂，还对含沙量多少、水体透明度、水色等光学性质等有着直接的影响。一般情况下，在对可见光遥感监测时水中悬浮物质的最佳波段为：0.58um～0.68um，该波段对水中的泥沙反应最为敏感。在对水体进行实际监测时，尽量选择与悬浮物质浓度相关性较为接近的波段进行监测，根据实际测得的悬浮物质数据进行分析，这样就可以很好地建立特定波段辐射值及悬浮固体浓度之间的关系模型，再进行反演，便可以得出有效的悬浮固体的浓度值。

1.3 对油脂及“废热”污染的检测

通过遥感技术对油脂污染进行监测，不仅能够及时发现污染源，迅速确定污染区域，及时对污染油脂含量做出估算，还能通过对污染区域的不间断监测，准确得出溢油扩散方向和速度，从而预测出将会影响到的区域。热污染主要是人类活动造成的，人类因日常必需的活动而产业的水体排放出来的“废热”会引起水体增温，这种增温效应会对水体产生一定程度的污染。由此产生的水体热污染不仅会对水生生物的多样性造成直接的影响，严重时还可以对局部生态系统造成破坏，从而影响到人类自己的生产生活。目前，对水体热污染最有效的监测手段就是遥感监测技术，在使用该技术时通常采用的探测方式是：热红外遥感、微波遥感，这两项技术被广泛应用在这一领域。

2.遥感技术在水体监测中的运用

在对水环境进行遥感监测时，通常情况下采用的是遥感影像技术。该技术主要是通过遥感影像对水体进行分析，以获得所测水环境的分布情况，所含泥沙、有机质，被化学污染的情况等；还包括水深、水温等基本信息。从测得的数据中对该区域的水资源及水环境做出科学合理的评价，为相关部门提供技术支持。

2.1 水体的光谱特征

当太阳的光照射到水面时，大部分光线入射到水体，只有少部分，约占3.5%的光被水面反射到空中。太阳光入射水体后，几乎全部被水体吸收。小部分被水中的悬浮物，主要是泥沙、有机质等再次反射；还有一小部分投射到水底后被水底吸收和反射，还有一小部分再返回水面折回到空中。因此，水面反射光、悬浮物反射光、水底反射光、天空反射光等都是遥感器所能接收到的辐射。此外，不同的水体水面性质，水体中悬浮物的性质和含量、水深和水底特性等也不相同。所以会造成传感器上接收到的反射光谱特征存在一定的差异[2]。

2.2 水体界线的确定

在可见光的范围内，水体的反射率不超过10%，一般为4%～5%，总体上比较低，同时随着波长的增加而逐渐降低，到0.6μm处约2%～3%，超过0.75μm后，水体几乎是全吸收。因此，在近红外遥感的影响上，通常清澈的水体会变成黑色。所以，为了能够清晰的区分出水陆界线，确定地面上有无水体覆盖，建议选择近红外波段影像。同时需要表明的是，当水体在微波在1mm～30cm范围内时，其发射率约为0.4%，处于较低水平。在平坦的水面，后向散射微弱，因此测试雷达影响上水体成为黑色。所以在确定洪水淹没的范围时通常采用用雷达影像，这样也可以起到很好的效果。

2.3 对水体中悬浮物质的判定

（1）泥沙的判定。根据光谱反射特征含泥沙的水体与清水之间存在的差异。首先，在反射波谱曲线方面含泥沙水体整体是高于清水的，随着泥沙量的不断增加，差异也越来越大；其次，波谱反射峰值会向长波方向移动（即“红移”），在0.75μm处清水的反射率接近零，而含泥沙的水体在0.93μm处其反射率才接近与零；此外，随着水体中悬浮泥沙量的不断增多，可见光对水体的透射能力逐渐减弱，反射能力则加强。如蓝光和绿光，这些波长较短的可见光对水体穿透能力相对较强，能反映出水面下一定深度的泥沙分布状况[3]。（2）叶绿素的确定。对于水体中的叶绿素来说，其浓度与水体反射光谱特征的关系：首先，随着水体中叶绿素量的不断增加，绿光波段的反射率也逐渐增高，此时蓝光波段的反射率却在下降；其次，当水面叶绿素中的浮游生物浓度增加时，虽然近红外波段仍有一定的反射率，但是该波段影像中的水体却不呈黑色，而是灰色，或者是浅灰色。

2.4 探测水体温度

在热红外波段下，水体明显具有热容量大的特征。尤其在白日，水体吸收储存了大量的太阳辐射，这些太阳辐射表现在遥感影像上则为热红外波段辐射低，呈暗色调；到了夜晚，水温高出地表温度，反射辐射则较强，在热红外影像上为高辐射区，则呈现出为浅色调。通过此方法可寻找出向温泉这样的泉水。

2.5 探测水体污染

虽然遥感技术目前在水体污染探测方面还有待提高，但是在水体发生以下状况下，遥感技术还是可以派送用场：首先，当水体污染物浓度严重超标且水面颜色出现显著变，并与普通水色有较大的差异时可以采用遥感技术进行探测；其次，当水体出现高度富营养化，有机污染严重，浮游生物浓度高时，此时水域与常规水体的差异也可以在近红外波段影响上被探测出来；最后，在水体受到严重热污染，且温差与周围水体存在明显不同时，在热红外波段影像上可以被探测甄别。

2.6 探测水体深度

在利用遥感技术探测水体的深度时效果会更显著：首先，当水体处于平静、清澈状态时，蓝光波段对水体的透射性能非常强，所以水体底部的反射波也会非常强，此时在蓝光波段影像上显示的灰度便可以有效反映出水体的深度。其次，在水体含沙量较低的情况下，可以通过对蓝光波段与绿光波段的比值进行比较的方法探测出相对水体的深度。

3.结语

遥感技术具有速度快、准确性高、信息广的特点，因此被广泛应用在各类生态环境的监测工作中。该技术在生态环境中的广泛应用，为生态环境监测提供了更加准确、科学的数据，同时，监测效率也得到了很大的提升，为我国的生态环保工作做出了重大贡献。