水环境遥感

❖ 水污染分类 ▪ 感官性污染-混浊 ▪ 需氧物质污染-生活污水、食品加工和造纸工 业排放的污染导致水难闻 ▪ 无机污染-酸、碱、无机盐类的污染 ▪ 植物营养物质污染-富含氮、磷的废水 ▪ 有毒化学物质污染-农药、重金属 ▪ 油污染-石油、工业废水 ▪ 病原体污染-医院、畜禽饲养场污水 ▪ 放射性污染-核工业，核电站 ▪ 热污染-热电厂的高温废水
遥感地学分析
授课人：卢晓宁 E-mail：lxn@cuit.edu.cn 成都信息工程学院
Chengdu University of Information Technology
主要内容
1 水环境概述 2 水体的光谱特征 3 水资源遥感 4 水污染遥感
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2.1 水环境概述
❖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、生物种群和水体的 物理性质。
❖ 随泥沙含量增加，峰值波长向长波方向移动，但因 其在0.93um处存在近红外的强吸收，峰值波长 位置不越过该值。
❖ 因此，0.6μm~0.7μm左右是定量分析悬浮泥沙 的最佳波段之一。
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2.2 水体的光谱特征
❖ 近年我国部分水域遭受不同程度的污染，其中最 普遍的是水体富营养化，促使藻类等水生生物大 量繁殖。
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2.2水环境遥感物理机理
▪ 在可见光波段0.6um之前，水的吸收少、反 射率较低、大量透射。其中水面反射率约 5%左右，并随着太阳高度角的变化呈3%10%不等的变化；
▪ 水中可见光反射包含水表面反射、水体底部 物质反射及水中悬浮物质的反射3方面的贡 献。
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2.2水环境遥感物理机理
1）水的光谱特征 ❖ 由水本身物质组成决定，又受各种水状态影响。
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2.1 水环境概述-物质组成1
❖水中溶解固体-天然水中八大离子：Cl-， SO4-，HCO3-，Na+，K+，Ca2+， Mg2+，总量占水中溶解固体的95%以 上。 •海水以Na+ 、 Cl- 占优势 •河水以Ca2+ 、HCO3-占优势。
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2.1 水环境概述-物质组成1
❖ 水中微量元素-溴、碘、铜、钴、镍、氟、铁等。 ▪ 河水中，绝大多数微量元素集中在悬浮物中， 锰、钍、铅比海水高几十倍 ▪ 海水中，以溶解态形式存在，悬浮态的要比 溶解态的低数百倍到数千倍，甚至铬、铅也 主要呈溶解态，溴比河水高数千倍，硼比河 水高数百倍，锶、碘、氟、锂高几十倍。
❖ 水生生物体中的叶绿素与藻胆素等会改变纯水在 近红外波段的强吸收性，使曲线多少显示出近红 外的“陡坡”效应（图），其程度则取决于水生 生物量的多寡。
❖ 由此提供了遥感监测海洋赤潮和湖泊富营养化暴 发水华的依据。
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2.2 水环境遥感物理机理
❖ 受水体光谱特征的影响，水体的影像特征表现为：
▪ 水体清澈时，对短波的散射能力强，水体影像 呈蓝色；
▪ 水体混浊时，影像呈绿色或黄绿色。 ❖ 水面的反射波谱主要受如下因素决定：
▪ 纯水及浮游生物或叶绿素、悬浮物、黄色物质 等水中组分的光学特性；
▪ 浅水、清澈水体底质光学特性； ▪ 日照角度与观测角度； ▪ 水面的入射辐射； ▪ 水表面粗糙度； ▪ 气-水界面的相对折射率。
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2.2 水环境遥感物理机理
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2.2水环境遥感物理机理
❖ 对于自然水体，反射波谱受水自身光学特性影响外， 还受水体内组分，如浮游生物、叶绿素、泥沙及其 他物质的影响，这些不同组分浓度的增加，往往使 水体反射率升高。
❖ 含泥沙的浑浊水体在可见光-近红外整体反射率增 加，在红光附近出现反射峰，且增长幅度随悬浮泥 沙的浓度与粒径而增加。
❖水环境是一个开放系统，它与土壤－岩石 圈、大气圈、生物圈乃至宇宙空间之间存 在着物质和能量的交换关系。
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2.1 水环境概述
❖水环境遥感监测多是对地表各种水体进行 空间识别、定位、及定量计算面积、体积 或模拟水体动态变化。
❖随着遥感基础研究的进展，对水体本身的 光谱特性有了深入研究，同时进行许多水 质光谱数据测试。对水体的遥测也转换到 水体属性特征参数的定量测定，如水深的 控制、悬浮泥沙浓度的测定、和叶绿素含 量的测定，以及污染状况的监测等。
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2.1 水环境概述-理化性质2
❖化学性质 ▪ 天然水是众多元素和化合物的混合液 ▪ 天然水体是一个复杂的氧化还原系统 •有利于天然水体的自净过程和元素的 迁移转化，但也会产生一些有害的效 应 ▪ 天然水体是一个复杂的缓冲溶液系统 •对外来酸碱类物质有一定的抵御能力， 使天然水PH值保持相对稳定 •对保护水生生物的生长繁殖极为有利
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2.1 水环境概述-水体污染3
❖水体—河流、湖泊、沼泽、水库、地下水、 海洋的总称。 ▪ 环境学领域把水体当作包括水中的悬浮 物、溶解物质、底泥和水生生物等完整 的生态系统或完整的综合自然体。 ▪ 按区域水体指某一具体的被水覆盖的地 段，如太湖、洞庭湖等。 ▪ 按类型陆地水体和海洋水体。
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2.1 水环境概述-水体污染3
❖ 河水进入海洋，微量元素溶解性发生本质上的 分配，微量元素的浓度和比例都发生变化。
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2.1 水环境概述-理化性质2
❖ 物理性质 ▪ 温度—水温随季节变化，但月均温低于大气 月均温，且各部分温差不大。 ▪ 臭与味—水中臭与味主要来源于水生动植物 或微生物的繁殖与衰亡。 ▪ 颜色和色度—有机物分解导致水中颜色 ▪ 浑浊度—水中悬浮物和胶体物质对透水光线 的阻碍程度，由泥沙、黏土、有机物导致 ▪ 悬浮物质—主要来自水体所在区域地表 ▪ 电导率—各种无机盐离子使水具有电导率， 天然水电导率低，污染水电导率高 ▪ 溶解气体—溶解氧（DO）
2）水体及其组分的光学特性
❖ 就是指它们的吸收和散射特性。 ❖ 对水体的反射波谱影响最大的组分：
❖ 对于清水（H2O），无任何溶解或悬浮物质： ▪ 浅层表现为无色，水深为浅蓝色。 ▪ 反射波谱从可见光到近红外波段呈递减的趋势： • 在蓝-绿光波段反射率4%-5%， • 0.6um以下的红光部分反射率降到2%-3%， • 近红外部分几乎吸收全部的入射能量，
因此水体在这两个波段的反射能量很小。 ❖ 在热红外，晚上比陆地地物亮，白天则相反。 ❖ 在微波雷达中回波强度因镜面反射而很小。