遙感技術在水環境監測中的應用

楊 凡

（江蘇省蘇力環境科技有限責任公司，江蘇 南京 210036）

在工業化發展、城市化水平提高、人口增長等多重壓力下，我國總體水環境遭遇了前所未有的破壞。因此，為進一步保障國家水安全，我國相關部門加強了對水環境的監測工作，并在實際操作中為提升水環境監測的準確性以及工作效率，開始將遙感技術應用在水環境監測中[1]。近年來，遙感技術被不斷應用于各類水環境監測當中，為提高監測效率，實現動態化水環境監測，提升遙感技術應用效果，本文對遙感技術在水環境監測中的應用進行分析，希望能夠為遙感技術的應用提供參考。

1 遙感技術及其應用優勢

1.1 遙感技術概念

遙感技術是在當前科技背景下的一種新型探測技術，具有極高的實用價值，可以應用在不同監測領域中，發展前景廣闊[2]。遙感技術是一種基于物體電磁波的監測技術，由于不同物體的電磁波不同，讓監測者可以借助遙感技術在不接觸目標的前提下，對目標的電磁波情況進行收集記錄，并進行分析，從而得出初步判斷，以此來為后續政策的制定以及策略執行提供依據。遙感水環境監測方法避免了傳統監測方法雖然精度高，效果好，但檢測效率慢的問題，以及必須運用各類儀器進行樣本監測工作流程的弊端，是新時期水環境監測采用的主要技術。伴隨航空技術發展，遙感技術開始與航空航天技術進行結合，技術人員將遙感技術應用在飛機、衛星等設備中，從而實現了對地面數據的探索。在航天技術的加持下，遙感技術可以實現大范圍的目標探測，同時還可做到短時間內多次探測同一區域[3]。當前國內遙感技術已經十分完善，成為熱門的監測技術之一。不僅在水環境監測中廣泛使用，以進行水質監測，同樣在林木領域、土壤環境監測中也得到了大范圍使用。現階段，環境監測領域的遙感技術，主要包括可見光遙感技術、微波遙感技術等多個類型。

1.2 遙感技術應用優勢

首先是適應性好。在地球上有很多地區，諸如冰川、沙漠、沼澤等地區，無法使用傳統的監測技術，環境監測難度大。憑借遙感技術遠程監測的特點，可以讓監測者不直接接觸監測目標便能獲取相應數據信息。其次，追蹤性強。遙感技術可以實時對監測物體的數據信息進行監測分析，及時了解環境情況。同時遙感技術還可實現對污染情況的追蹤，持續收集有關數據，技術人員通過對技術分析，了解污染類型以及發展趨勢，能夠及時制定相應的控制措施。再次，信息收集效率高。傳統監測技術需要通過對樣本進行分析，以獲得環境情況，雖然傳統監測方法精度高，但耗時較長，缺少信息獲取效率。而遙感技術可與航空航天技術進行結合，安裝在飛行器以及衛星等設備中，實現在高空對地面信息的采集，采集的數據信息可以實時傳送到計算機中，并進行分析獲得所需資料。最后，監測范圍廣。遙感技術在與航空航天技術進行結合后，可以在高空對地面信息進行收集，相較于傳統監測手段，遙感監測技術的監測范圍更廣，憑借飛機、衛星等設備進行監測，克服傳統監測技術地理位置局限。

2 水環境監測遙感技術應用原理

2.1 應用原理

在遙感技術中，存在兩種不同的數據狀態，即可通過水體反射率的差異，將相關信息傳輸至傳感器，并利用傳感器得出相應的光譜反射情況，隨后根據水體組分以及監測結果之間的聯系，最終得出水體情況。遙感技術監測的指標有多種，一般情況下主要包括水體透明度、溶解物、懸浮葉綠素濃度等，本文主要對常用的兩個指標，溶解性有機物以及葉綠素濃度進行分析。溶解性有機物是水中溶解性有機物，化學成分常出現在水環境監測中，它是由腐爛物質所釋放的大量酸性物質引起的。隨著溶解性有機物含量的增高，水體顏色會呈現黃綠色直至綠色。遙感技術主要是根據水體光學反射波長為基數加以測算，得出水中溶解性有機物含量。此外，由于水體中葉綠素會影響光譜特征，因此，遙感技術也可監測水體的富營養化情況。葉綠素是分析水質變化的指標之一，當水體出現富營養情況，水體中的葉綠素含量將隨之增高。同時葉綠素也是水體懸浮物分析的指標之一。由于工業的發展，導致我國在早期出現極為惡劣的水體富營養化問題，因此，在當代社會，水體中的葉綠素含量也是在進行水環境監測時的重要指標。使用遙感技術進行水環境中葉綠素情況進行監測，當葉綠素檢測出現反射峰以及吸收谷，表明該水體存在一定的富營養化情況。因此，當水環境出現富營養污染問題，水體反射率愈高，反射峰值也會發生變化；污染體中小顆粒直徑增加，會導致對應散射系數增大，提高反射率，由此便可得出水環境的富營養化污染情況。

2.2 應用流程

利用遙感技術進行水環境監測的常規應用流程是數據導入、定位復設置、圖像糾正、圖像劃區、反射率計算、平滑濾波、圖像掩膜建立、應掩膜、建立環境模型庫、水質反演。利用遙感技術判斷水質好壞，可利用以下幾種方法。首先是理論法，該種方法是依照相關理論，利用遙感技術收集監測區域的電磁波，并使用公式測算水中雜質含量。這種方法簡單直觀，但也存在弊端，例如，僅僅依靠公式計算，較為單薄，會導致最終計算出的雜質含量出現誤差，影響水環境治理效果。其次是經驗法，此種方法需要收集地面水質的參數以及遙感數據信息，并對上述兩個數據信息進行對比，創建相應模型，隨后使用模型計算水質情況。此種方法是在對比的基礎之上成立的，雖然可以計算出水中雜質含量，但由于模型建立時兩組數據之間的關聯性不夠，導致最終的模型應用效果不高。最后是半經驗法，此種方法是隨著遙感技術應用程度不斷深入而發展起來的一種新型監測方法。此種方法利用遙感技術通過收集水質情況，估算水質特征，最終使用相關數據進行計算，可以在短時間內實現復雜水質的推演，計算準確度相對較高，應用效果好，是現階段較為常用的一種測算方法。

3 水環境監測遙感技術具體應用方式

3.1 懸浮固體物質監測

水質環境中，懸浮固體物質增多會影響水環境的濁度以及光學性質，因此在使用遙感技術對水環境污染程度進行分析時，可以對懸浮固體物質含量進行判斷。水體本身對波長較長的紅外線具有良好的吸收性，所以可以使用一定波長的紅外線對水質懸浮物固體含量情況進行監測。在數據分析中，監測人員可以通過對設備傳回的信息進行收集，分析水質的濃稠度以及光學性質，最終得出準確的懸浮固體含量信息。另外根據設備傳輸的紅外波段以及監測信息，監測人員可以分析兩者之間的關系，并由此得到數學模型，隨后通過模型進行計算，求得最為真實的濃度信息。在進行污染物濃度、懸浮物濃度分析時，可以使用光譜綜合分析法對懸浮物濃度進行分析，從而讓監測人員更好地掌握懸浮物在水環境中的分布特征以及濃度情況。

3.2 油污監測

在水污染問題中油污問題是最為嚴重的問題之一，直接影響水環境的生態平衡。油污監測是利用遙感技術進行水環境監測的主要監測對象。在利用遙感技術進行油污監測時，可以使用紅外遙感技術、紫外遙感技術、可見光遙感技術等三種技術進行測算，從而得出被監測區域的污染物含量，并根據監測結果，建立計算模型。監測人員可以根據遙感監測分析數據，確定污染物來源，并有針對性地對污染物源頭進行分析治理，從而消除或緩解水環境污染。不同的遙感技術所適用的環境不同，因此，監測人員在使用遙感技術對油污進行監測時，可針對污染物特征有選擇性地確定所需使用的遙感技術，使所得的遙感結果最貼近真實情況，為后續污染物治理提供數據支持。

3.3 水體富營養化監測

水體富營養化的一個重要標志就是懸浮固體物質大量繁殖，水體環境惡化。在利用遙感技術進行水體富營養化監測中，技術人員大都會借助可見光以及近紅外波段進行監測。之所以采取此種監測手段，主要是這些懸浮固體物質體內含有葉綠素，葉綠素會對近紅外波段產生陡坡效應，由此便可得知，水環境浮游植物大體的反射光譜特征。在實際操作中，技術人員可以使用合適的紅外波段，監測水中懸浮物情況，收集數據，并使用相應模型進行反演，推演結果就是水體污染物的含量情況。在這一流程中技術人員必須建立有效的計算模型，確保最終結果的準確性。

4 結論

本文對水環境監測中遙感技術的應用進行分析，對遙感技術以及遙感技術的應用優勢進行概述，分析遙感技術的應用原理以及應用流程與方法，以及在水環境監測中的應用范圍。相信隨著遙感技術的不斷完善，其在水環境監測中的應用也將愈發廣泛，在監測工作中，技術人員還需靈活利用該技術，了解不同技術的應用特性。通過合理使用遙感技術，進一步提升該技術的應用水平，提高監測結果的準確性，幫助后期水環境治理工作提供數據，綜合提升治理效果。