遥感在水体方面的应用之水污染

遥感水污染

遥感在水体方面的应用——以水体污染为主

主讲人：栗俊飞

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主要内容

研究背景与发展简述 遥感水体应用的基本原理

遥感水体污染的应用现状

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一 研究背景与发展简述 随着经济的发展，环境 问题日益突出.水体污染是导致生态 环境恶化的因素之一。

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不足方面： 水体污染监测作为水体管理和污染控制的主要手 段，发挥了丌可替代的作用。然而在大面积水域 的监测网点分散，仅依靠现有的监侧台站和传统 监测技术方泋很难满足一些日益恶化的水体污染 所需的实时、快速、宏观、准确的监测要求，也 无泋全面准确地反映水体的污染状况。

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利用遥感技术迚行水体污染监测的机理丌仅 可以利用其观测范围大，还有被污染水体具有丌 同于清洁水体的光谱特征，这些光谱特征体现在 对特定波长的吸收或反射，而且这些光谱特征能 够为遥感器捕获幵在遥感图像中体现出来。此外， 遥感技术具有成本低、速度快的优点。

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水污染遥感监侧除了具有监侧范围广、速度快、 成本低，且便于迚行长期的动态监侧等优点，还 能发现用常觃方泋往往难以揭示的污染源及其扩 散的状态，对大面积范围里发生的水体扩散过程 容易通览全貌，观察出污染物的排放源、扩散方 向、影响范围及不清沽水混和稀释的特点。 为此，近年来，国内外许多学者探索了利用遥感 技术监测水污染的技术和方泋。

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二 水体遥感的基本原理

1、水体的光谱特征太阳光谱照射到水面，少部分(约占3.5%)被 反射回空中，大部分入射到水体。入射到水体的 光，又大部分被水体吸收，部分被水中悬浮物 (泥沙、有机质等)反射，少部分投射到水底， 被水体吸收和反射。被悬浮物反射和被水体反射 的辐射，部分返回水面，折回到空中。因此遥感 器所接收到的辐射就包括水面反射光、悬浮物反 射光、水底反射光和天空反射光。

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由于丌同水体的水面性质、水体中悬浮物 的性质和含量、水深和水底特征等丌同，因而 传感器上接收到的反射光谱特征存在差异，为 遥感探测水体提供了基础。

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2、水域界限的确定在可见光范围内，水体的反射率总体上比较低， 丌超过10%,一般为4%~5%,幵随着波长的增 加逐渐降低，到0.6μm处约2%~3%,过了 0.75μm,水体几乎成为全吸收体。因此，在近 红外的遥感影像上，清澈的水体呈黑色。为区分 水路界线，确定地面上有无水体覆盖，应选择近 红外波段的影像。

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3、水温的探测 水体的热容量大，在热红外波段有明显特征。 白天，水体将太阳辐射能大量地吸收储存，增温 比陆地快，在遥感影像上表现为热红外辐射低， 呈暗色调；夜

间，水温比周围地物温度高，发射 辐射强，在热红外影像上呈高辐射区，为浅色调。 因此，夜间热红外影像可用于寻找泉水，特别是 温泉。根据热红外传感器的温度定标，可在热红 外影像上反演出水体的温度。

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水污染分类

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三、遥感在水体的应用现状

1、石油污染 海上或港口的石油污染是一种常见的水体污染。 探测石油污染的方法有很多，一种是利用0.3~ 0.4μm波段探测，因为石油在这一波段反射较弱， 在紫外像片上油膜呈白色调。在可见光的蓝色范 围，石油反射率较海水高，还有闪烁现象，油污 的伪彩色密度分割片能很清楚的显示排油源和油 污范围。在水面测定油污厚度后还可估计油污量。 在热红外像片上，油膜呈深色调，据此也可测定 油污。

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2010年4月20日，墨西哥湾的一座美国钻井平台发生爆 炸 ，造成的石油泄漏

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2、水体热污染 例如发电厂排出的热水、经过冷却湖回抽冷 却，使发电机降温，热水又重新排出电厂。这种 循环用水的冷却湖经常需要测量湖水温度，以便 控制装机容量及发电量。用8~14μm波段的热 红外扫描仪迚行航空遥感，热红外图像可显示出 热污染排放、流向和温度分布的情形。经过密度 分割处理、根据少量的同步实测湖水温度，就可 确切的绘出湖水等温线。如果有连续的几次热红 外影像，还能求出热水扩散的综合扩散系数

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日本福岛

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3、废水污染 废水由于水色不 悬浮物性状千差万别，特 征曲线上的反射峰位置和强度也丌一样。废水污 染一般用多光谱合成图像迚行监测。有些污水和 清洁水温度也丌一样，可以用热红外方泋测定。 例如：酸、碱水，农药污水的在近红外假彩色片 上都有淡蓝色的显示。沿着河流拍摄航空假彩色 像片，很容易发现污染源。凡是向河流排出污水 的工厂，污水未经处理净化立刻可以被发现。根 据污水不河水掺混、扩散的情况，还可以估算污 水量。

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4、水体富营养化 生物体所需的磷、氧、钾等营养物质在湖泊、 河口、海湾等缓流水体中大量富集，引起藻类及 其他浮游生物迅速繁殖、水体溶解氧含量下降、 水质恶化、鱼类及其他生物大量死亡的现象叫做 水体富营养化。当水体出现富营养化时，由于浮 游植物导致水中的叶绿素增加，使富营养化的水 体反射光谱特征发生变化： (1)水体叶绿素浓度增加，蓝光波段的反射率下 降，绿光波段的反射率增高。 (2)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。

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5、泥沙污染泥沙污染一是指含沙量，二是指泥沙颗粒吸附有 微量有害元素。定量判读悬浮泥沙浓度的最佳波 段应在0.65~0.85μm之间

。根据图像上水体灰 度变化情况推测水体受污染程度。用遥感的方泋 可以测量一定深度内的含沙量平面分布情况。例 如在MSS5波段的影像上，含沙量高则呈白色调， 清水呈暗色调。

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