水質(zhì)監(jiān)測是保證飲用水安全的重要保障，其中，水質(zhì)遙感監(jiān)測是主要的檢測技術(shù)之一，近些年得以迅速發(fā)展，本文探討了當今水體遙感監(jiān)測的重點工作與如何進一步提高水質(zhì)遙感監(jiān)測方法在水體水質(zhì)監(jiān)測中的實用性。

　　《四川水利》SichuanWaterResources(雙月刊)1978年創(chuàng)刊，水利科技刊物，主要反映四川省水利水電建設(shè)和管理方面的技術(shù)水平和學術(shù)成就。以馬列主義、毛澤東思想、鄧小平理論和“三個代表”重要思想為指導，全面貫徹黨的教育方針和“雙百方針”，理論聯(lián)系實際，開展教育科學研究和學科基礎(chǔ)理論研究，交流科技成果，促進學院教學、科研工作的發(fā)展，為教育改革和社會主義現(xiàn)代化建設(shè)做出貢獻。

　　水是生態(tài)系統(tǒng)的血液，優(yōu)質(zhì)的水資源是生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著水體污染問題的日漸嚴重，已經(jīng)影響到國民生產(chǎn)和人們的生活用水，水質(zhì)監(jiān)測成為社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展必須解決的重大問題，準確的水質(zhì)監(jiān)測對水體顯得尤其重要。我國各部門采取的常規(guī)的水質(zhì)監(jiān)測方法受人力、物力和氣候水文條件的限制，采集的數(shù)據(jù)量不可能太多，對于整個水體而言，這些測點數(shù)據(jù)只具有局部和典型的代表意義，不能滿足對水質(zhì)實時、大尺度的監(jiān)測評價要求。遙感技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展為水體污染監(jiān)測和研究開辟了新的途徑，能夠在一定程度上彌補水面采樣觀測的缺點，有利于查明污染物的來龍去脈，清楚的反映區(qū)域或流域污染現(xiàn)狀和空間分布特征，為水資源保護和規(guī)劃以及可持續(xù)發(fā)展提供動態(tài)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和科學決策依據(jù)。

　　1 水質(zhì)遙感監(jiān)測現(xiàn)狀

　　我國內(nèi)陸水體水質(zhì)遙感監(jiān)測，主要監(jiān)測的污染物質(zhì)主要有三類，分別為浮游植物，主要是藻類。由于藻類都含有葉綠素，所以在遙感水質(zhì)監(jiān)測以葉綠素a濃度;非色素懸浮物，由浮游植物死亡而產(chǎn)生的有機碎屑以及陸生或湖體底泥經(jīng)再懸浮而產(chǎn)生的無機懸浮顆粒;黃色物質(zhì)，由黃腐酸、腐殖酸組成的溶解性有機物。遙感監(jiān)測水質(zhì)從定性逐漸發(fā)展到定量，通過遙感可監(jiān)測的水質(zhì)參數(shù)種類逐漸增加，包括葉綠素a、懸浮物、黃色物質(zhì)等，反演精度也在不斷提高。

　　1.1葉綠素a遙感監(jiān)測的研究進展

　　葉綠素a濃度是影響水體光譜特征的重要參數(shù)之一，葉綠素a濃度上升時，藍波段的反射率下降，綠、紅波段的反射率上升。計算葉綠素a濃度的最佳波段的選取依賴于葉綠素a的濃度。目前，葉綠素a濃度監(jiān)測中采用的半經(jīng)驗、經(jīng)驗法主要有利用遙感數(shù)據(jù)輻射值的波段或波段組合與實地測量值建立統(tǒng)計模型法，以及隨著高光譜成像技術(shù)發(fā)展而發(fā)展起來的主成分分析法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。利用TM和ERSZ-SAAR數(shù)據(jù)來估算水體懸浮物、葉綠素和透明度的經(jīng)驗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，通過與線性回歸算法的結(jié)果對比，說明神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法的精度較高。

　　1.2懸浮物遙感監(jiān)測的研究進展

　　內(nèi)陸水體中懸浮物濃度是最先被估測的水質(zhì)參數(shù)。水中固體懸浮物的定量遙感研究己提出了一系列的模型，確定了水體反射率與懸浮物之間的量化關(guān)系。隨著水體懸浮物濃度升高，近紅外光譜引起了關(guān)注，別通過比較SPOT、NOAAAVHRR和SeaWIFs的波段配置發(fā)現(xiàn)了近紅外光譜對懸浮體濃度更敏感，針對懸浮泥沙提出了865nm與555nm波段比值算法，并成功應用于SPOT反演懸浮物濃度和AVHRR的寬波段反演懸浮物濃度算法中。

　　1.3其它水質(zhì)參數(shù)遙感監(jiān)測的研究進展

　　20世紀90年代以來，國外學者對內(nèi)陸水體中黃色物質(zhì)的光吸收特性和定量遙感監(jiān)測進行研究。利用CZCS數(shù)據(jù)對11類水體的葉綠素、懸浮物、黃色物質(zhì)進行反演，其中黃色物質(zhì)的反演結(jié)果同實際測量值比偏低。對黃色物質(zhì)研究主要集中在化學組成及光學特性等方面，對黃色物質(zhì)的研究只是剛剛起步，還有很多的工作需要努力。進行水質(zhì)溶解有機物的遙感監(jiān)測主要是利用經(jīng)驗或半經(jīng)驗的線性關(guān)系式進行的。利用TM數(shù)據(jù)評價水體的有機污染，通過回歸分析表明TMI、2、3與coD相關(guān)性最好，其次是生化需氧量(BoD)，與溶解氧(Do)也表現(xiàn)出一定程度的正相關(guān)。此外，遙感監(jiān)測研究所涉及的水質(zhì)參數(shù)還包括水溫、透明度、總磷、總氮、PH值等，但是相關(guān)研究較少。

　　2 水體水質(zhì)遙感監(jiān)測方法

　　水體水質(zhì)遙感監(jiān)測主要包括遙感估測模型的建立、評價和應用，針對某一水體組分的水質(zhì)遙感監(jiān)測模型的構(gòu)建有三種方法，分別是分析方法、經(jīng)驗方法和半經(jīng)驗方法。

　　2.1分析方法

　　分析方法也稱物理方法，是#p#副標題#e#利用生物光學模型來描述水質(zhì)參數(shù)與離水輻亮度或反射光譜之間的關(guān)系。以由輻射傳輸理論提出的上行輻射與水體中光學活性物質(zhì)特征吸收和后向散射特性之間的關(guān)系為基礎(chǔ)，利用遙感測量得到的水體反射率反演水體中各組分(主要考慮葉綠素a、懸浮物和黃色物質(zhì))的特征吸收系數(shù)和后向散射系數(shù)，并通過水體中各組分濃度與其特征吸收系數(shù)、后向散射系數(shù)相關(guān)聯(lián)，反演水體中各組分的濃度。該種方法對于多波段反演特別有效，且具有普遍適用性。

　　2.2經(jīng)驗方法

　　經(jīng)驗方法是伴隨著多光譜遙感數(shù)據(jù)應用于水質(zhì)遙感監(jiān)測而發(fā)展起來的一種方法。經(jīng)驗方法基于經(jīng)驗或遙感波段數(shù)據(jù)和地面實測數(shù)據(jù)的相關(guān)性統(tǒng)計分析，選擇最優(yōu)波段或波段組合數(shù)據(jù)與水質(zhì)參數(shù)實測值，通過統(tǒng)計分析得到回歸公式，進而反演水質(zhì)參數(shù)。經(jīng)驗模型是一種簡單、易用的模型，它可以通過選擇適當?shù)牟ǘ谓M合或建立相對復雜的回歸方程來提高11類水體水質(zhì)參數(shù)的反演精度。但經(jīng)驗模型存在受地區(qū)和時間限制，通用性較差的缺點。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的不同只能反演一定范圍內(nèi)的水質(zhì)參數(shù)值，精度依賴于實時水質(zhì)采樣數(shù)據(jù)的數(shù)量，而且經(jīng)驗模型很難對不同誤差源系統(tǒng)進行敏感性分析。

　　2.3半經(jīng)驗方法

　　隨著高光譜遙感技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測中的應用，發(fā)展出了半經(jīng)驗方法。半經(jīng)驗方法基于一定的水質(zhì)參數(shù)光譜特征，結(jié)合統(tǒng)計分析，選擇用于水質(zhì)參數(shù)反演的波一譜范圍和合適的波段及波段組合。

　　3 水體水質(zhì)遙感監(jiān)測主要研究內(nèi)容

　　3.1 研究實地水體光譜測量及處理方法。在研究區(qū)域內(nèi)，通過實地調(diào)查確定水質(zhì)監(jiān)測點即采樣點，進而采取水樣進行實驗室分析以獲得相關(guān)水質(zhì)參數(shù)的濃度;同時使用便攜式光譜儀對采樣點水體進行光譜測量，獲得同步實測光譜數(shù)據(jù)，處理分析實測光譜數(shù)據(jù)，探究造成數(shù)據(jù)異常的原因，為以后采樣提供參考。計算遙感反射率用于后續(xù)反演模型的研究。

　　3.2 研究衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的影像處理方法。經(jīng)過處理后的影像需能夠得到精確位置上水體遙感反射率，這種反射率還能排除太陽高度角和日地距離變化的影響，適宜于不同時期遙感影像的比較，增強定量模型的通用性;精確的大氣校正是關(guān)鍵，研究比較分析FLAASH和65模型大氣校正方法對地表反射率的影響。

　　3.3 水質(zhì)參數(shù)反演模型的構(gòu)建。采用統(tǒng)計回歸的方法，分別使用實測光譜數(shù)據(jù)和重采樣光譜數(shù)據(jù)構(gòu)建水質(zhì)參數(shù)反演模型。

　　3.4 結(jié)合SPOT-5多光譜遙感影像，應用水質(zhì)參數(shù)反演模型，對湖泊富營養(yǎng)化進行評價。

　　4 水體水質(zhì)遙感監(jiān)測進一步的工作

　　如何進一步提高水質(zhì)參數(shù)遙感定量估測模型的精度，并提高模型的適用性和通用性，進而提高水質(zhì)遙感監(jiān)測方法在內(nèi)陸水體水質(zhì)監(jiān)測中的實用性，需要進一步深入的研究。筆者認為可以通過拓展水質(zhì)遙感監(jiān)測的數(shù)據(jù)源:使用多光譜遙感數(shù)據(jù)進行水質(zhì)監(jiān)測時，可采用多種遙感數(shù)據(jù)結(jié)合的方法提高檢測精度。研制具有較高光譜分辨率針對河流水質(zhì)監(jiān)測的地面平臺傳感器;改進監(jiān)測模型構(gòu)建方法:可采用非線性最優(yōu)化法，主成分分析法，混合光譜模型等半經(jīng)驗方法來提高水質(zhì)監(jiān)測模型的精度和通用性。加深對水質(zhì)參數(shù)、內(nèi)在光學特性及表面反射率之間的理論關(guān)系遙感建模機理的進一步研究，發(fā)展反分析模型;深化水體底質(zhì)對水體水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測的影響研究，發(fā)展水底水質(zhì)遙感反射比精確計算模型。

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