遥感应用模型5-水环境遥感

遥感应用模型—— 水环境遥感监测

武汉大学遥感信息工程学院 巫兆聪 教授 zcwoo@http://www.77cn.com.cn

Contents1

水环境概述2

水环境遥感原理3

水资源遥感监测4

水体富营养化遥感监测5

悬浮固体遥感监测有色可溶性有机物遥感监测5

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水环境概述

一、水环境 1 水环境水环境是由地球表层水圈所构成的环境， 它包括在一定时间 内水的数量、空间分布、运动状态、化学组成、水生生物种群和水

体的物理性质。水环境按其范围大小，可分为区域水环境(如流域水环境、城 市水环境等)、全球水环境。

就特定区域而言，水环境又可分为地表水环境和地下水环境。

一、水环境 2 水体水体有两层含义： 一般指河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、海洋的总称；

在环境学领域中，水体包括水中的悬浮物、溶解有机物质、底 泥和水生生物等完整的生态系统或完整的综合自然体。 水环境污染研究中， “水”与“水体”的概念区分十分重要。 例如，重金属污染物易从水转移到底泥中，着眼于水，似乎未受污 染，但从水体看，则受到较严重的污染，成为长期的次生污染源。

3 I类水体与II类水体根据水色遥感的研究对象，可以分为大洋开阔水体遥感、近岸水体遥感和内陆水体遥感。 Ⅰ类水体即大洋开阔水体，其光学特性主要是由浮游植物及其 降解物决定，光学特性相对简单。 除Ⅰ类水体外的其他水体通常称为Ⅱ类水体，主要包括近岸水

体和内陆水体。Ⅱ类水体的光学特性不仅受浮游植物的影响，而且还受到无生 命悬浮物和黄色物质的影响。在水较浅的情况下，还要考虑水底物 质对水体光学性质的影响，因而光学特性复杂多变。

二、水体污染1 水体污染当污染物进人河流、湖泊、海洋或地下水等水体，其含量超过

水体的自净能力，使水质和底质的物理、化学性质或生物群落组成 发生变化，从而降低了水体的使用价值和使用功能的现象，称水体 污染。 目前，水体污染的类型划分，除按水体类型划分为河流污染、 湖泊(水库)污染、海洋污染和地下水污染以外，大多采用按污染物 划分污染类型。

二、水体污染 2 水体污染分类(1) 感官性状污染。天然水无色透明，受污染后其色泽、浓度、气 味等发生变化，从而影响感官。如印染废水引起的变红；泥沙、微 生物等悬浮物产生混浊现象；有机质在嫌气状态下腐败发臭等。 (2) 需氧物质污染。生活污水、工业废水中含有碳水化合物、蛋白 质、油脂、木质素等，这些物质在生物氧化分解过程中消耗大量溶 解氧，影响鱼类和其他水生生物的生长。当水中溶解氧不足，有机 物进行厌氧分解，产生H2S

、CH4、NH3等难闻气体。 (3) 无机污染。主要是酸、碱和无机盐类对水体的污染，常引起水 中PH值变化，导致天然水自然缓冲作用的破坏，影响微生物生长和 水体自净作用的进行，同时还影响水中无机盐类，特别是重金属的 溶解和沉淀。

二、水体污染 2 水体污染分类(4) 植物营养物质污染。富含氮、磷等植物营养物质的废水进入水

体，引起水体富营养化，使藻类大量繁殖并消耗水中的溶解氧， 导致鱼类窒息死亡。水中大量的 NO3-、NO2-通过食物链进入人体。(5) 有毒化学物质污染。有毒物质，如有机农药、酣类、氧化物、 重金属等进入水体后，高浓度时直接杀死水生生物；低浓度时，可 在生物体内累积，并通过食物链危害人类健康。 (6) 油污染。炼油工业废水排放、海洋石油开发、油轮运输等都会 引起水体油污染。水体油污染除影响水的利用外，水面油膜还阻碍 水体的复氧作用而对水生生物造成危害，对鸟类的生存也会构成威

胁。

二、水体污染2 水体污染分类(7) 病原体污染。生活污水、畜禽饲养场污水、医院污水、屠宰

业和皮革加工业废水中，常有各种病原体，如病毒、细菌、寄生 虫等，这些病原微生物进入水体，就会传播各种疾病。(8) 放射性污染。原子能工业、核爆炸试验、核电站事故，以及

医药和科研领域的同位素应用，都会增加放射性废水的污染，其 中90Sr、173Cs、131I等。这些物质可通过食物链富集，对人体健 康有严重影响。 (9) 热污染。热电厂等排放的高温废水是热污染的主要来源。热 污染可使水温升高，加快水中化学反应速度，还会造成溶解氧减 少，影响鱼类的生存和繁殖。水温升高还会加速细菌的繁殖，增 强水污染对人类健康的危害。

二、水体污染 3 水质指标水体污染有时可以直接地察觉到，例如颜色改变，混浊，散发 难闻气味，某些生物的死亡、出现、减少或骤增等；但有时需借助 仪器观察分析或调查研究。通常采用水质指标来衡量水质的好坏和 被污染的程度。 水质指标项目繁多，主要可分为三大类： 物理性水质指标：

感官物理性状指标：温度、色度、嗅和味、混浊度、透明度其他物理性状指标：总固体、悬浮固体、可见固体、电导率

3 水质指标化学性水质指标：

一般化学性水质指标：pH值、碱度、硬度、各种阳离子、各 种阴离子、总含盐量、一般有机物质有毒的化学性水质指标 ：重金属、氧化物、多环芳烃、各种 农药等 有关氧平衡的水质指标：如溶解氧(DO)、化学需氧量(COD)、

生化需氧量(BOD)、总需氧量(TOD)生物学水质指标： 细菌总数、总大肠菌群数、各种病原菌、病毒

二、水体

污染3 水质指标悬浮物： 指水中呈固体状的不溶解物质。它是水体污染基本指标之一。

如水中的各类矿物微粒，含铝、铁、锰、硅水合氧化物等无机物质， 以及腐殖质、蛋白质等有机大分子物质。 有机物含量： 水体中有机物种类繁多，组成复杂，难以分别对其进行定量、 定性分析。因此，一般不对它们进行单项定量测定，而是利用其共

性，用某种指标间接地反映其总量或分类含量。在实际工作中，常用下列指标表示水中有机物的含量：化学需 氧量(COD)、生化需氧量(BOD)、总有机碳(TOC)和总需氧量(TOD)。

二、水体污染3 水质指标化学需氧量(COD):

用化学氧化剂氧化水中有机污染物时所需的氧量，以每升水消 耗氧的毫克数表示(mg/L)。COD值越高，水中有机污染物越重。

目前常用的氧化剂主要是高锰酸钾和重铬酸钾。化学需氧量所测定的范围是不含氧的有机物和含氧有机物中碳 的部分，实际上反映有机物中碳的耗氧量。

二、水体污染3 水质指标生物化学需氧量： 简称生化需氧量(Bio-chemical Oxygen Demand,BOD),表示 水中有机物经微生物分解时所需的氧量，用单位体积的污水所消耗

的氧量(mg/L)表示。BOD越高，水中需氧有机物质越多。微生物的活动与温度有关，一般以20 ℃为测定的标准温度。 20℃时，污水中有机物需20天左右才能完成第一阶段氧化分解 过程，为了使测定结果有可比性，通常以20℃条件下培养5天作为 测定生化需氧量的标准时间，简称5日生化需氧量，用BOD5表示。

二、水体污染3 水质指标总有机碳(TOC): 水中所有有机污染物质中的碳含量。由于耗氧过程是高温燃烧 氧化过程，即把有机碳氧化成二氧化碳，可由燃烧然后测所产生二 氧化碳的量而得。

总需氧量(TOD):水中被氧化的物质(有机碳氢化合物，含硫、含氮、含磷等化 合物)燃烧变成稳定的氧化物所需的氧量。 TOC和TOD 两个指标均可用仪器快速测定，几分钟内可完成。

3 水质指标溶解氧(DO): 水中溶解氧的量，是水生生物生存的基本条件。含量低于4mg/L

时鱼类会窒息死亡。溶解氧高，适于微生物生长，水体自净能力 强。缺乏溶解氧时，厌氧细菌繁殖，水体发臭。 PH值： 对污水处理、水生物生长繁殖都有很大影响，水质的重要指标 之一。生活污水PH值6.2~6.65;工业污水PH值较复杂，变化大。

二、水体污染3 水质指标细菌污染指标： 水中细菌大部分寄生在无生活机能的机体上，无害；另一部分 如霍乱菌、伤寒菌、疟疾菌等寄生在有生活机能的机体上，有害。 用1ml水中细菌(杂菌)总数与大肠菌数表示细菌污染程度。 有毒物质指标： 我国已制定

“地面水中有害物质的最高允许浓度”标准，列出 汞、镉、铅、铬、铜、锌、镍、砷、氧化物、硫化物、氰化物、挥 发性酚、石油类、六六六、DDT等40种有毒物质。 此外还有温度、颜色、放射性物质浓度等也是污染指标。

二、水体污染4 水体污染物的来源和种类水体污染源——造成水体污染的污染物发生源，通常指向水体 排入污染物或对水体产生有害影响的场所、设备和装臵，也包括污 染物进入水体的途径。 按其来源可分为自然污染源和人为污染源。 自然污染源指自然界本身的地球化学异常所释放的物质给水体 造成的污染，如高矿化度地下水对河水的污染。具有长期、连续作

用的特点，发生的区域范围比较有限。人为污染源是指由人类活动形成的污染源，其体系很复杂，按 人类活动方式可分为工业、农业、交通、生活等污染源；按排放污

染物种类可分为有机、无机、热、病原体等污染源。

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