流域水环境遥感研究进展与思考
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作者:代新年
摘要：水环境直接或者间接影响着人类生活以及发展。通过卫星遥感技术进行分析可以为了解、掌握以及管理流域中水环境变化提供数据参考。基于此，本文主要对流域水环境遥感研究进展与思考进行了简单的研究分析。
关键词：流域;水环境;遥感技术;研究进展
中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）03-0-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.03.058
Research progress and thinking on remote sensing of watershed water environment
Dai Xinnian
（Liaoning Ecological Environment Monitoring Center，Shenyang Liaoning 110000，China）
Absrtact：Water environment directly or indirectly affects human life and development.The analysis of satellite remote sensing technology can provide data reference for understanding，mastering and managing the change of water environment in river basin.Based on this，this paper mainly makes a simple research and analysis on the research progress and thinking of remote sensing of river basin water environment.
Key words：Watershed;Water environment;Remote sensing technology;Research progress
1 流域水环境遥感研究进展
1.1 浮游藻类
我国内陆水体存在的最为显著的问题就是水体富营养化，其最为显著的问题就是藻类。其中蓝藻异常生长容易堆積、腐烂，在沉降作用之下在河口以及近岸等位置淤积，死亡消解后容易形成黑水团，造成生态环境恶化，严重的污染了水资源。
通过EVI NDVI、DVI等方式识别分析水体中的藻华分布状况，效果显著。但是在处理中会受到气溶胶等多种因素的工作影响造成阈值不稳定等问题。为了实现自动化处理，通过FAI算法进行分析，综合红光以及近红外波段中的峰值高度分析，替代传统的方式其更为稳定，实现了长时间的序列数值重建处理。
1.2 水生植被
水生植被在淡水生态系统平衡维护中具有重要的作用，可以有效改善生态系统稳定性。现阶段，卫星遥感技术在水生植被覆盖度、类群以及生物量监测中应用效果显著。
1.3 水面变化
流域湖泊以及水库等水体在气候以及人类活动的变化与影响中会导致水面积受到较大的变化与影响。分析水面面积，将其作为指示环境变化因子参数，可以实现有效地检测分析。随着人工智能以及大数据等技术手段的不断成熟，有效地解决了传统的问题与不足。
2 流域水环境遥感技术的应用
2.1 水体富营养化
在大量营养盐进入到流域水体之后，在一定条件下会造成藻类大量繁殖，随后在藻类死亡后会消耗掉大量溶解氧，加速鱼虾贝类死亡，该过程就是流域水体富营养化。评价水体富营养化程度最大的因素就是叶绿素，特别是叶绿素a。对叶绿素生物量数据采样，通过数据、遥感数据分析水体的绿度值来判定遥感回归模型，从而获取到水环境中的叶绿素、生物量空间分布信息，达到水体富养化监测目标。
2.2 泥沙污染
水环境中泥沙会导致水体光谱特性变化。在实际工作中选择和泥沙浓度相关性较好的波段，对悬浮固体含量比重进行分析，构建波段辐射值、悬浮固体浓度关系模型，对辐射值进行反演，从而获取悬浮固体浓度。在580～680μm波段，不同泥沙浓度可以产生不同辐射值，这也是遥感监测水体泥沙最佳频段。部分学者通过陆地卫星数据分析水环境中悬浮物含量;通过反射率、悬浮物含量负指数模型等，都可以很好的检测到水环境中泥沙污染情况，为后续流域水环境治理方案制定提供了信息支持。
2.3 热污染
由于电力、钢铁、化工等企业生产当中要利用到冷却水，这些废水超出了热水排放标准流入江河时，会导致自然水温上升，导致水体中产生物理变化、化学变化、生物变化，也就是热污染问题。利用遥感技术监测水体热污染，主要是利用热红外遥感、微波遥感。其中，利用红外传感器探测水环境热污染，获取多时相热红外图像，通过对地面观测，可以呈现出热污染排放、流向、温度分布状况。借助光学技术、计算机技术对图像进行密度分割，结合少量同步检测水温，确保水体温度分布曲线。
2.4 废水污染
废水构成性质十分复杂，并且特征曲线反射强度、位置也存在差异。污染物含量和与波段之间的比值相关性，取决于水体污染性质、污染程度。废水污染主要是凭借多光谱合成图像监测，也就是利用红外线成像方案检测。社会生产活动造成大量废水进入到流域当中，废水中含有丰富的有机物，分解过程会消耗掉大量氧气，并且COD、BOD值非常高。借助红外传感器可以判定流域中染料比重、碳氢化合物比重，从而掌握水体污染状况，根据水中泥沙悬浮物、浮游植物判定污染源。在2013年，对长江分支流域河流进行波普测试，构建了水体反射波与COD、BOD含量模型，取得了良好的检测效果。 3 流域水环境遥感研究展望
3.1 完善体系，优化系统框架
流域水环境遥感中涉及到诸多的复杂对象，主要进行水色以及水质参数、环境参数的观察，对于各项参数的时间、频率等要求严格。构建小卫星群，无人机以及无人船等设备，实现集合化处理，可以有效地满足在线浮标以及岸基视频监测的要求，形成一个全方位的流域遥感系统，实现全流域的水环境动态化监测分析。
“3S”技术在流域水环境检测中发挥更高的作用，通过GPS技术可以为遥感对地观测提供精准定位以及地面高程模型;RS技术可以为流域水环境水质提供大范围、动态监测的数据信息，为整个系统提供自然环境信息;GIS技术配套设备会进一步完善，提供更多的辅助功能，如高空间分辨率、高光譜分辨率卫星影像，最大精度可以最低可以达到2m，完全符合水环境监测精度标准。
3.2 全流域统筹监测
现阶段主要工作内容就是对一些大面积的水体进行遥感监测，缺乏全视域角度的遥感监测分析，不利于流域水环境的治理。而随着卫星、无人机等现代化观测手段的不断发展，构建河流-湖泊一体化的水环境智能化监控手段，通过水质、水动力以及生态等模型系统，分析来源不同的污染物总量，进行无任务分类分区的核算分析，确定环境容量，综合流域生态系统、水文状况配饰的污染物分配方案，制定水质目标管理，有利于水源地的保护，实现了综合化、一体化的管控。
3.3 强化水体碳循环遥感研究
研究分析生态系统的碳通量，是现阶段研究的重点内容。内陆湖泊的生态体系生产力较高，在与陆地生态系统进行能量以及信息交换过程中会产生大量的信息数据，但是这些数据还是存在不确定性，会影响大气温室气体浓度的预测分析。出现数据不一致主要就是因为数据观测的时空尺度不同，并没有综合水体碳的具体空间以及季节之间的差异性。同时，未来还要对水质参数、内在光学特性、表面反射率理论关系进一步研究，让算法不限定在特定时间、水域，在数据源无法快速改善时，这是提高流域水环境监测精度的重要途径。
4 结束语
综上所述，在流域水环境检测当中，卫星遥感技术具有快捷、大范围以及周期性的优势特征，给内陆水体碳通量提供了一定的研究参考。对此，今后要强化水体不同形态中水环境遥感参数的研究，进而实现流域水环境信息的精准分析。
参考文献
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[3]申明.流域水环境遥感监测模型研究[D].合肥：中国科学院大学（中国科学院遥感与数字地球研究所），2018.
收稿日期：2020-01-07
作者简介：代新年（1983-），男，汉族，本科学历，科员，研究方向为环境工程。
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