分析城市黑臭水體遙感監(jiān)測與篩查研究進展

隋明祥

摘要：城市黑臭水體是水體污染的一種極端現象，也是目前較為突出的城市環(huán)境問題。傳統(tǒng)黑臭水體監(jiān)測主要依靠地面人工測量，耗時費力，加上采樣點位布置數量和監(jiān)測頻率有限導致傳統(tǒng)黑臭水體檢測方式對城市黑臭水處理效率低下，效果不理想。大數據支持下的遙感監(jiān)測技術能夠提升城市黑臭水治理成效。為此，文章結合城市黑臭水出現原因機理以及遙感監(jiān)測技術在城市黑臭水治理中的原理，具體分析應用遙感檢測技術優(yōu)化處理城市黑臭水的策略。

關鍵詞：城市黑臭水;遙感技術;篩查研究進展

中圖分類號：TP311? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? 文章編號：1009-3044（2018）31-0243-02

城市黑臭水體主要是指在城市建設區(qū)內部存在的令人作嘔的水體統(tǒng)稱，黑臭是水體有機污染發(fā)展的一種極端現象，一般是由于水體缺氧和有機物的腐敗導致的，在城市化的發(fā)展進程下，城市黑臭水污染問題已經成為城市發(fā)展建設需要解決的問題之一。城市黑臭水體通常分布范圍較廣，河寬一般較窄，易受到兩岸環(huán)境的影響。在檢測黑臭水體污染的時候，傳統(tǒng)的地面采樣監(jiān)測方式獲取的河道水質信息十分有限，在一定程度上加大了黑臭水體的監(jiān)測難度。遙感技術以其宏觀、大面積同步觀測以及持續(xù)觀測的特點能夠為城市黑臭水體污染治理提供重要手段的支持，輔助使用大數據和地理信息系統(tǒng)則是能夠在以往的基礎上進一步提升城市黑水污染治理成效。

1 城市黑臭水體的成因和機理

從2015年開始，環(huán)境保護部門衛(wèi)星環(huán)境使用基地開展了地區(qū)城市黑臭水遙感監(jiān)測施工操作，在具體施工操作中，衛(wèi)星基地應用高分辨率的衛(wèi)星數據信息來收集各種類型的遙感數據信息，之后根據北京地區(qū)的黑臭水水體綜合治理名單開展了一系列遙感監(jiān)測和空間解剖處理工作。從遙感監(jiān)測數據圖像中可以發(fā)現，北京地區(qū)的黑臭水體總體長度是280.75km，有80%左右的成分是輕度黑臭水體，剩下的都是重度黑臭水體。結合遙感數據信息顯示，地區(qū)的黑臭水體數量較多的是集中在通州地區(qū)，黑臭水體的長度和面積也達到了最大。在對地區(qū)黑臭水體出現和快速發(fā)展原因進行綜合比對分析之后發(fā)現，城市黑臭水體的成因具體表現在以下幾個方面：

河段水量少、攔流壩建造等致使水體活動不暢，構成水環(huán)境容量差，污染物不易分散，易構成黑臭河段。北京地區(qū)常年少雨，區(qū)域水資源較少，加上一些河段上游的河水被攔截，使得地區(qū)水資源的應用經常出現緊缺的問題，污染物在凝聚之后很難在短時間內分散，由此易構成黑臭河段。在河道沿岸臟亂差、雨污混流、廢水直排、農業(yè)面源污染等致使污染源很多，加上上游來歷及內源不易根治，由此形成黑臭河段。另外，黑臭河段大多坐落城鄉(xiāng)接合部地帶，政府部門沒有對河道污水的治理提供必要的監(jiān)督管理，一些河段發(fā)作之后產生的臭氣無法在第一時間得到及時處理。

2 城市黑臭水體遙感監(jiān)測

2.1 基本概述

遙感可以概括為借助光、熱、無線電波等電磁能量來探測地物特性的科學。隨著全國各城市數字化進程的發(fā)展，高分辨率遙感影像和數字航空影像為“數字城市”的建設提供了豐富的數據源。遙感技術以其高分辨率和特點能夠對城市黑臭水體進行全過程的監(jiān)測。

2.2 遙感技術在城市黑臭水監(jiān)測中的應用

黑臭水體是一種渾濁的污染水體類型，在正常的彩色遙感圖像上可以發(fā)現，黑臭水體一般會呈現出灰綠色的特點。 應用遙感技術，在接近紅外譜段的范圍內就能夠發(fā)現黑臭水體和正常水在色澤上體現的差異性特點，之后通過構建相應的地區(qū)水體遙感識別算法能夠了解到黑臭水體的分布情況。用于城市黑臭水體治理的城市遙感動態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)以地理信息技術為基礎，以3S技術一體化應用為基本核心，結合專業(yè)遙感處理軟件ENVI，能夠實現對城市范內區(qū)域、街道、重點對象的影像特征的采樣和分析。另外，在了解地區(qū)空間信息和特點的基礎上，應用ArcGIS Engine疊加分析、緩沖區(qū)分析等功能實現對多時相城市航空影像數據之間、遙感影像數據與規(guī)劃編制、規(guī)劃審批成果之間的比對分析，及時了解城市的土地利用變化情況，結合實際提出有針對地黑臭水體遙感監(jiān)測策略。

城市黑臭水體遙感總體篩查情況如圖1所示，根據圖一發(fā)現在遙感系統(tǒng)的作用下能夠清楚地了解到黑臭水體的空間分布和形成原因。在借助遙感技術分析各地區(qū)黑臭水體污染實際情況的基礎上下一步需要進一步開發(fā)和驗證地面水的水質情況，并按照相關規(guī)范完成相應的實地驗證工作，選取城市典型區(qū)域開展星地野外同步試驗，打造光學遙感識別和分級黑臭水體模型，全面把握黑臭水體的實際情況。

根據衛(wèi)星遙感技術的應用情況發(fā)現，衛(wèi)星遙感在本質上是一種遙遠感知，主要是應用天上的衛(wèi)塔來對電磁波儀器設備進行分析，在遠離目標和非接觸目標物體的情況下來探測目標物體。根據局檢測范圍和波段情況可以將遙感具體劃分為紫外線遙感、可見光遙感、紅外遙感等。

2.3 地理信息系統(tǒng)在黑臭水治理中的應用

在治理黑臭水體的過程中，為了能夠更好地確定黑臭水體的地理位置，可以借助地理信息系統(tǒng)來將黑臭水體的地理位置信息統(tǒng)計整合在一起。首先，利用地理信息系統(tǒng)來及時獲取重要的信息，實現信息共享。通過地理信息系統(tǒng)的應用能夠在地圖上獲取所需要的各類信息，實現對各類信息的合理優(yōu)化配置，具體涉及的信息包含電力通信信息、天然氣信息、自來水管道信息、地表水使用情況信息等。在地理信息系統(tǒng)的作用下能夠實現對這些信息的統(tǒng)一化整合處理，節(jié)省工程時間。其次，打造黑臭水綜合治理網站。城市黑臭水綜合治理人員還可以利用網絡電腦來獲取相應的數據信息，完成重要數據信的輸入和現場報告處理。最后，借助地理信息系統(tǒng)提升對城市黑臭水的綜合治理成效。在地理信息系統(tǒng)的作用下， 信息存儲能力不再受到外界環(huán)境的限制，室外工作人員可以利用電腦來獲取黑臭水治理現場的各類信息。同時，在地理信息系統(tǒng)的作用下，管理人員能夠根據輸入管線的出入口號碼或者街道名稱來選擇有針對地黑臭水治理策略。

2.4 高空間分辨率遙感技術監(jiān)管整治工程進展

高空間分辨率主要是指遙感圖像上能夠具體細分的最小單元的尺寸和大小，通過高空間分辨率能夠表征影像分辨地面目標細節(jié)的指標。目前衛(wèi)星遙感的空間分辨率已從最開始幾十公里的氣象衛(wèi)星圖像逐步發(fā)展為目前更高級別的高分辨率圖像。

從高空間分辨率影像應用發(fā)展實際情況來看，這類分辨影像主要以國外的商業(yè)衛(wèi)星為基本研究對象，成本價格較高，無法滿足全國范圍內的城市黑臭水精細化治理和監(jiān)測要求。在高分系列、資源衛(wèi)星的不斷發(fā)展下，城市黑臭水工程得到了進一步發(fā)展，在多個階段都取得了相應的發(fā)展成績。高分遙感監(jiān)測圖像字啊城市黑臭水整治之前的河段疏通、淤泥清理、河道改道等方面都有著十分廣泛的應用。

3 城市黑臭水體遙感監(jiān)測未來發(fā)展

遙感監(jiān)測技術在使用的過程中體現出監(jiān)測范圍廣泛、使用成本費用低廉、發(fā)展速度快的特點，在河水污染治理和環(huán)境保護等領域得到了充分的應用。在高光譜、空間衛(wèi)星傳感器的不斷完善下，遙感技術能夠實現對城市污染水的綜合化、動態(tài)化監(jiān)督管理，通過這種監(jiān)督管理及時發(fā)現黑臭水體，提升黑臭水體的綜合治理成效。但是從發(fā)展實際情況來看，黑臭水體遙感監(jiān)測技術的研發(fā)和使用仍然處于一種初步發(fā)展階段，在具體發(fā)展的過程中仍然面臨大量技術和業(yè)務問題需要解決。城市黑臭水體遙感監(jiān)測的未來發(fā)展還需要進一步優(yōu)化以下幾個方面的工作：第一，打造完善的以溶解氧為基本指標的評價體系。城市黑臭水體的治理關鍵是采取有效措施改善水體的溶解氧情況，讓水體逐漸恢復健康。為了實現這個目標，需要相關人員積極借鑒大數據技術形式以水體的溶解氧為基本核心，打造包含透明度、色度等多項指標的黑臭水體綜合評價指標。第二，應用綜合手段治理黑臭水體。黑臭水體出現的本質原因是污染物的輸入超過了河流的承載力。為了能夠平衡和降低這種污染，需要相關人員在黑臭水以往治理方法的基礎上補充其他技術手段。第三，采取有效措施改善生態(tài)條件。通過增加河流水的生態(tài)條件能夠在一定程度上改變城市水體氧氣缺乏的問題，有效防止水體被外界污染物的污染。第四，打造路邊綠化帶，提升水資源的自我凈化能力。在治理黑臭水體的時候相關人員需要采取有效的措施嚴格控制有色有味氣體的排放，并在岸邊進行綠化改造，成立河道保潔效果良好的長效性運行管理機制。 在岸邊植物、沉水植物的綜合應用下能夠改變水生態(tài)系統(tǒng)的物質流動方式，使得地區(qū)發(fā)展能夠擁有更多自凈能力良好的水體。

4 結束語

綜上所述，遙感手段在黑臭水體的綜合整治、監(jiān)測和評價方面具有范圍廣、速度快、成本低等優(yōu)勢，能夠為各個地區(qū)黑臭水的篩查、管理、整治提供重要支持，促進城市黑臭水體的治理成效。為此，在未來，需要相關人員積極應用遙感技術、大數據技術、地理信息系統(tǒng)等進行城市黑臭水體的綜合治理。

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