遙感技術(shù)在滇池水質(zhì)動(dòng)態(tài)監(jiān)測中的應(yīng)用

李倩媚，常仲偉，陳任翔，畢京佳

中南大學(xué)地球科學(xué)與信息物理學(xué)院，湖南 長沙 410083

0 引言

滇池的水質(zhì)污染從70年代后期開始，進(jìn)入80年代水質(zhì)污染逐漸加重，到了90年代后，污染速度明顯加快。全湖性藍(lán)藻水華暴長，大面積的浮藻堆積，厚度可達(dá)幾十厘米，這嚴(yán)重影響到了滇池的水體以及旅游景觀。1999年為了使世博會能夠成功舉辦，讓滇池的水體旅游景觀得到明顯改善，政府于當(dāng)年4月實(shí)行了滇池藍(lán)藻的清除應(yīng)急計(jì)劃[2]。而在2000年，草海的污染情況又出現(xiàn)回升。所幸外海的主要污染數(shù)據(jù)變化不大，水質(zhì)保持相對穩(wěn)定。

雖然滇池水質(zhì)加劇惡化的情形在一定程度上得到了遏制，局部區(qū)域的水質(zhì)也有所改善，但是滇池污染的發(fā)展趨勢仍未得到根本的改變。

1 水體中懸浮物濃度的遙感定量監(jiān)測

1.1 原理

從水體視反射光譜響應(yīng)的曲線中可以得到一條規(guī)律:不同的水質(zhì)其主要區(qū)別體現(xiàn)在ETM和TM的1～4波段中，而在第4波段后其對各種水質(zhì)就不敏感了。據(jù)云南環(huán)境科學(xué)研究所趙碧云等人對滇池水體中懸浮物含量與各個(gè)波段灰度值所做的相關(guān)性分析，可以知道，滇池總的懸浮物濃度與b4/b1的相關(guān)性最好，其相關(guān)關(guān)系為:總的懸浮物濃度=-64.678+352.736(b4/b1)[3]。

1.2 分析結(jié)果

經(jīng)過PCI的波段比值(b4/b1)分析和MATLAB的圖像處理，得到下面幾幅圖像，分別反映了1989年、1992年、2000年和2006年滇池總懸浮物的濃度情況。

圖1

通過對比1989年、1992年、2000年和2006年的滇池總懸浮物的濃度情況可知，1989年滇池的懸浮物含量較低，到了1992年，懸浮物含量迅猛增加，明顯比1989年的含量高出很多。2000年，滇池的懸浮物含量又大幅度下降，情況有所緩解。2006年，雖然懸浮物濃度在緩緩增加，但與2000年相比，增加幅度很小。

2 水體中葉綠素A濃度的遙感定量監(jiān)測

2.1 原理

紅波段是葉綠素的主要吸收波段，反映了不同植物的葉綠素的吸收情況。因?yàn)楦鞑ǘ味际艿饺肷涔鈴?qiáng)的影響，所以選取4波段比3波段所得到的值作為子因子，將能夠有效的消除入射光強(qiáng)的影響。建立葉綠素A的自然對數(shù)與b4/b3之間的關(guān)系模型，即:Ln葉綠素A=8.5097-2.1357/(b4/b3),它們的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.857，為顯著相關(guān)關(guān)系[4]。

2.2 分析結(jié)果

經(jīng)過PCI的波段比值(b4/b3)分析和MATLAB的圖像處理，得到下面幾幅圖像，分別反映了1989年、1992年、2000年和2006年滇池葉綠素A的濃度情況。

圖2

通過對比1989年、1992年、2000年和2006年的滇池葉綠素A的濃度情況可知，1989年滇池的葉綠素A含量不高。1992 年，其葉綠素含量明顯高于1989年的含量。到了2000年，葉綠素A的含量同樣有所下降。2006年滇池的葉綠素A濃度又開始增多。

3 水體中透明度的遙感定量監(jiān)測

3.1 原理

為能了解滇池全湖水體的透明度情況，以達(dá)到實(shí)時(shí)、快速的目的，需對滇池全湖水體的透明度與不同波段的遙感值之間的關(guān)系進(jìn)行關(guān)聯(lián)度分析。

滇池水體的透明度主要受到水體中葉綠素的影響。據(jù)分析[5]，滇池水體的透明度與b4波段的關(guān)系是:Ln透明度=1.4321+46.73/b4，據(jù)此所建立的遙感模型，其指標(biāo)的相關(guān)性很好，其相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.720，透明度的遙感定量分析模型與其實(shí)測值也達(dá)到較好的擬合程度。

3.2 分析結(jié)果

經(jīng)過PCI的波段提取和MATLAB的圖像處理，得到下面幾幅圖像，分別反映了1989年、1992年、2000年和2006年滇池透明度情況。

圖3

通過對比1989年、1992年、2000年和2006年滇池的透明度情況可知，1989年滇池的水體透明度很好，1992年其水體的透明度急劇下降。2000年，透明度大幅度提高，情況好轉(zhuǎn)。但到了2006年，滇池的透明度又再次下降，明顯低于2000年的透明度。

4 結(jié)論

滇池葉綠素含量和懸浮物成正比關(guān)系，和水體透明度成反比關(guān)系，由此可以知道，滇池的污染主要體現(xiàn)為以藍(lán)藻污染為主。通過查閱資料可知，藍(lán)藻的爆發(fā)成因主要是水體氮和磷的富營養(yǎng)化。所以要治理滇池主要是要嚴(yán)格控制含氮、磷元素的污染物的排放量。

通過對比1989年、1992年、2000年及2006年各污染指標(biāo)可以監(jiān)測到:1992年滇池污染為特別嚴(yán)重時(shí)期。從2000年到2006年變化污染狀況略有好轉(zhuǎn)。通過查閱各時(shí)期的滇池水質(zhì)資料，證明上述結(jié)論和實(shí)際變化基本相同。

[1]杜為靜.漢石橋濕地水質(zhì)遙感監(jiān)測研究[J]，2007

[2]趙碧云，等.滇池水體中葉綠素A含量的遙感定量模型[J].云南環(huán)境科學(xué)，2001，20(3):l-4.

[3]解亞龍，等.滇池懸浮物污染豐度的遙感檢測分析[J].昆明理工大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版）， 2006，31(4).

[4]趙碧云，等滇池水體中葉綠素A含量的遙感定量模型[J].云南環(huán)境科學(xué)，2001，20(3):l-4.

[5]趙碧云，賀彬，朱云燕，袁國林.滇池水體中透明度的遙感定量模型研究[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2003，26(2).