水环境遥感

1.400
1.870 0.540 1.130 1.200 1.510 1.330 1.200 1.300
1.426
1.794 0.512 1.232 1.292 1.532 1.464 1.216 1.149
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2000年扎布耶盐湖水深反演值图像 （附观测点、点号）
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石油污染 油膜覆盖水面 水色水质发生 废水污染 变化
热污染
固体漂浮 物
水温升高
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5.3 水污染遥感
水质遥感对影像的要求：
遥感参数 测定项目 地面分辨率 (m) 光谱分辨率 (m) 波长范围 (nm) 紫外、可 见、微波 350-800 400-700 350-800 400-700 10-20m (10-14m) 摄影周期 视场角(离铅直方 向的角度) 摄影范围 (kmkm) 200200 （2020） 350100 （1010） 3535 （1010） 3535 （1010） 350350 （3535） 350350 （20100）
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5.3 水污染遥感 水污染遥感监测方法：
利用遥感技术研究水环境化学包括定性和定 量两种方法。 定性遥感方法是通过分析遥感图像的色调（或颜 色）特征或异常对水环境化学现象进行分析评价 的。 定量遥感方法建立在定性方法的基础之上，需要 获得与遥感成像同步（或准同步）的实测数据， 以标定定量数学模型。
图 例 （单位：m） 北湖：1、0.0090～0.2481 红 色 2、0.2481～0.6940 红粉色 3、0.6940～0.8570 绿玉色 4、0.8570～0.9710 珊瑚色 5、0.9710～1.1640 紫 色 6、1.1640～1.2520 深绿色 7、1.2520～1.3290 褐 色 8、1.3290～1.3820 粉 色 9、1.3820～1.4500 浅蓝色 10、1.4500～1.4990 黄 色 11、1.4990～1.5910 蓝 色 12、1.5910～1.6660 绿 色 13、1.6660～1.8110 深蓝色 14、1.8110～1.9215 黑 色 南湖：1、0.0000～0.1188 灰蓝色 2、0.1188～0.1560 深绿色 3、0.1560～0.3290 褐 色 4、0.3290～0.5290 粉 色 5、0.5290～0.6230 浅蓝色 6、0.6230～0.6990 黄 色 7、0.6990～0.7500 蓝 色 8、0.7500～0.8120 绿 色 9、0.8120～1.0495 深蓝色 10、1.0495～1.2822 黑 色
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5.2 水资源遥感


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水文要素遥感研究 遥感技术能观测地球表面信息，而不是传 统上某点的观测值，并可观测一些传统方法观测 不到的水文变量。近年遥感技术的发展和应用， 对水文科学的进展起重大的推动作用。 （1）水位-面积和流域界定 （2）水深探测 （3）水温探测 （4）径流估算
6 9 10 13 14
2.086 10.930 4.333 -12.308 -5.571 1.857 -4.064 -5.185 9.026 7.666 1.391 10.075 1.333 -11.615
15
16 17 18 19 20 21 24 25
66
17 188 92 84 52 61 94 103
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5.1 水体的光谱特性
纯水在 400～ 1100 nm之间的吸收和散射特性
然而,就多种传感器的表面水质监测而言,还必须知道波谱段探测信 号的反演能力。因为适当的波段划分,选择和组合会带来许多优点: 减少数据的选择过程,优化波段组合算法,并减少多波段组合引起的 噪声影响等。 水中某些成分对波谱信号的散射远远大于水分子本身对波谱 信号的散射。不同水质呈现出不同的光谱特性
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5.3 水污染遥感 水污染遥感监测适用范畴：
从原理上说，遥感传感器记录的是地表物体 的电磁波辐射特性（强弱变化及空间变化），因 此只有在较大程度上直接或间接影响水体的电磁 波辐射性质的水环境化学物质才有可能通过遥感 技术加以探测，并非所有水环境化学研究的内容 都可以辅以遥感手段。
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5.3.1水体富营养化
（2）危害 富营养化会影响水体的水质，会造成水的透明 度降低，使得阳光难以穿透水层，从而影响水中植 物的光合作用，可能造成溶解氧的过饱和状态。溶 解氧的过饱和以及水中溶解氧少，都对水生动物有 害，造成鱼类大量死亡。同时，因为水体富营养化， 水体表面生长着以蓝藻、绿藻为优势种的大量水藻， 形成一层“绿色浮渣”，致使底层堆积的有机物质 在厌氧条件分解产生的有害气体和一些浮游生物产 生的生物毒素也会伤害鱼类。
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5.1 水体的光谱特性
不同叶绿素含量水体 的反射光谱曲线
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不同泥沙含量水体的反射光谱曲线
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5.2 水资源遥感
水体遥感原理 水既可以吸收也可以散射通过水汽 界面的波谱辐射能量 (Ed)，但水的散射会 增加天空辐射能量(Eu)，而水的吸收则会同 时减少 Ed和 Eu。遥感探测的波谱信息就 是这种吸收和散射过程综合作用的结果。
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5.3.1水体富营养化
因富营养化水中含有硝酸盐和亚硝酸盐，人畜 长期饮用这些物质含量超过一定标准的水，也会中 毒致病。 富营养化的防治是水污染处理中最为复杂和困 难的问题。
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太湖水华
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太湖水华
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盐湖水深遥感方法与模型（以西藏扎布耶盐湖为例）
TM3亮度水深相关图（北湖 ）
扎布耶盐湖 2000年水深等值线分布图
盐湖水际线提取 TM7水域分布 TM3亮度水深相关图（南湖）
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水深反演值（北湖）
控制点点号 图象值 （TM3） 67 129 131 89 80 实测值 （米） 1.390 0.860 0.900 1.430 1.400 反演值 （米） 1.419 0.954 0.939 1.254 1.322 绝对误差 （米） 0.029 0.094 0.039 -0.176 -0.078 0.026 -0.076 -0.028 0.102 0.092 0.021 0.134 0.016 -0.151 相对误差（%）
5.3.1
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5.1 水体的光谱特性
从水体中得到的遥感光谱信号是多种信号的复合体，它包括 了大气散射及水面、水底的反射以及水体中多种综合因素 的散射辐射。波长为的遥感光谱信号的传播过程如下图 所示 ：
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5.1 水体的光谱特性

由高度为Z的传感器接受到的遥感光谱信号 L可用下式表示：
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第5章 水环境遥感
杭州师范大学遥感与地球科学研究院 2012
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本章内容
5.1 水体的光谱特性 5.2 水资源遥感 5.3 水污染遥感

水体富营养化 5.3.2 悬浮固体遥感监测 5.3.3 石油污染遥感监测 5.3.4 废水污染遥感监测 5.3.5 热污染遥感监测
石油污染
10-30
—— 0.15 （0.15） 0.15 （0.15） 温度分辨率 0.2C (1C) 0.05 （0.15） 0.015 （0.015）
2-4小时 （1天） 2小时 （1天） 5小时 （10天） 2小时 （10天） 2天 （14天） 5小时 （2天）
注意光晕 0-+15 （-5-+30） 0- +15 （-5-+30）
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水深遥感模型
TM3 Y=-aX+b 其中 X为TM3图像像元亮度值 Y为盐湖水深 a、b为系数（正值） 该模型的系数a、b可由一组实测样本来 确定，它适用的条件是洁净、高浓度复杂成 分卤水以及尽量均匀的湖底物质性状。
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TM6水温探测

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5.2 水资源遥感
利用遥感图像可进行海岸带岸线测量、河口 及近岸悬浮泥沙迁移，以及海洋环境监测， 诸如海水温度、盐度、水深、洋流、波浪、 潮沙等海洋诸要素的测量，对海洋的开发 具有重要意义。 遥感图像可提供大尺度、现实性强、多层次、 全天候、客观逼真的丰富信息，为海洋研 究及指导海洋渔业生产提供了基础。
水污染遥感监测及其与常规方法的区别： 利用遥感技术能迅速、同步地监测大范围水环境质 量状况及其动态变化，在这些方面弥补了常规监测手段 的不足，因此引起许多环境科学工作者的重视。近些年 来出现了“水质遥感”和“污染遥感”研究课题，它们 分别对自然水体和污染水体的水质（或污染物）进行遥 感研究。 就精度而言，遥感方法通常低于常规监测方法，但遥感 技术正是通过这种精度上的损失，换取了水环境研究的 区域性、动态性和同步性，这正是把遥感技术应用于水 环境研究的意义所在。
富营养化 悬浮泥沙
遥感影像特征
浮游生物含量 在彩色红外图像上呈红褐色或紫红色,在MSS7图像 高 上呈浅色调 水体浑浊
在MSS5像片上呈浅色调,在彩色红外片上呈淡蓝、 灰白色调,浑浊水流与清水交界处形成羽状水舌 在紫外、可见光、近红外、微波图像上呈浅色调,在 热红外图像上呈深色调,为不规则斑块状 单一性质的工业废水随所含物质的不同色调有差异, 城市污水及各种混合废水在彩色红外像片上呈黑 色 在白天的热红外图像上呈白色或白色羽毛状,也称羽 状水流 各种图像上均有漂浮物的形态
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5.3 水污染遥感 水污染种类：
在江河湖海各种水体中，污染物种类繁多。 为了便于用遥感方法研究各种水污染，习惯上将 其分为富营养化、悬浮泥沙、石油污染、废水污 染、热污染和固体漂浮物等几种类型。
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5.3 水污染遥感
水污染的遥感影像特征：
污染类型 生态环境变化
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5.1 水体的光谱特性


上图和上式可以看出，由于水体的透光性 和水面的反射性，由传感器接受到的水体 遥感光谱信号包含了来自大气、水面、水 体以及水底各个不同层次的光谱信号，是 一个经过了叠加的综合信号。 包括了水体中叶绿素的光谱信号、悬浮泥 沙、污染物、流场等的光谱信号。
因而，在遥感图像上图斑清晰，信息丰富，较易辨别。

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2001年1月15日FY-1C观测到 的渤海海域海冰监测图像
2001年2月15日FY- 1C观测到 的渤海海域海冰监测图像
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5.3 水污染遥感
悬浮泥沙 固体废物
20 10
热污染
30
——
富营养化 赤潮
100 30
400-700 400-700
0- +15 （0- +30） 0- +15 （-5- +30）
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5.3.1水体富营养化
（1）基本概念
当大量的营养盐进入水体后，在一定条件下引 起藻类的大量繁殖，而后在藻类死亡分解过程中消 耗大量溶解氧，从而导致鱼类和贝类的死亡。这一 过程称为水体的富营养化。 水体出现富营养化现象时，浮游藻类大量繁殖， 形成水华。因占优势的浮游藻类的颜色不同，水面 往往呈现蓝色、红色、棕色、乳白色等。这种现象 在海洋中则叫做赤潮或红潮。
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5.2 水资源遥感

水域变化监测

遥感研究自然历史变迁，尤以研究水域的演 变最为突出，效果明显。这是因为，


一是水域面积大，变化快，形态独特； 二是水在各波段具有明显的特性； 三是水域演变后多能在原地保留一定湿度和形态， 即“痕迹” 较为明显。
（1）河流、水系变化 （2）湖泊演变 （3）河口三角洲演变 （4）海岸带演变