水環境監測中遙感技術的作用及應用策略探究

陳向進

（福建省廈門環境監測中心站，福建 廈門 361022）

引言

近年來，我國水環境問題日益突出。如何針對水環境進行即時監測，并且及時采取有效措施，成為人們普遍關注的問題。而遙感技術在水環境監測中發揮著越來越重要的作用。隨著遙感技術的不斷發展，其在水環境監測中的作用也越來越受到重視。因此，針對水環境監測中遙感技術的作用及應用策略的研究具有十分重要的意義。

1 水環境監測的含義及現狀

水環境監測是指通過對水體中各種物理、化學和生物學參數的連續監測，了解和研究水體的環境質量及其變化趨勢。水環境監測是環境監測的重要組成部分，是環境保護和水污染防治的重要手段。隨著經濟社會的發展和人民生活水平的提高，水環境污染日益嚴重，水環境監測也面臨著許多挑戰和問題。首先，監測技術水平有待提高。我國水環境監測技術起步較晚，與發達國家相比存在較大差距，特別是在高精度、高靈敏度的監測儀器和技術方面。其次，監測網絡不健全。我國水環境監測網絡尚未形成，監測點位分布不合理，監測數據缺乏有效整合和共享。此外，監測數據質量不高。一些地區水環境監測數據失真，甚至出現人為干預監測數據的現象。

2 遙感技術在水質監測中應用的常見遙感數據

遙感技術是一種綜合性的、先進的現代監測技術，具有操作簡便、覆蓋面積廣等特點。通過遙感技術可以快速地獲取大范圍、立體性的生態環境監測信息，這種監測方式具有很強的靈活性，不受時間和空間限制，能夠快速獲取大量的信息。通過對生態環境進行大范圍、立體性的監測，能夠有效地為生態環境管理和治理提供科學依據。近年來，遙感技術在水質監測中得到越來越廣泛的應用，這個過程中產生了一些遙感數據，主要分為以下三種數據類型。

2.1 多光譜遙感數據

與單光譜數據相比，多光譜數據具有更豐富的信息，能夠更準確地識別水體的物理、化學和生物特征。在水質監測中，多光譜遙感數據可以用于以下幾個方面：水體覆蓋分析。多光譜數據可以獲取水體在不同波段下的反射、吸收和散射等特征，從而反映水體的表面形態、分布范圍和水質狀況。這對于識別湖泊、河流、水庫等各種水體類型和分布有很大的幫助；水質參數監測。多光譜數據可以同時獲取水體的光學特性和溫度、濕度、風速等氣象參數，因此可以用于監測水質參數，如水體的透明度、懸浮物、溶解氧、pH值等[1]。這些參數對于評估水體的健康狀況和制定水質管理策略非常重要；水體污染監測。多光譜數據可以識別水體中的污染物，如化學需氧量、氨氮、硝酸鹽、揮發性酚類化合物等，幫助評估水體的污染狀況和污染源的分布。同時，多光譜數據還可以監測水體的生物多樣性和水生植物的分布，為水生態系統的保護和管理提供依據；氣候變化監測。多光譜數據可以反映大氣溫度、濕度和風速等氣象參數的變化，從而監測全球和區域氣候變化對水體的影響。這對于評估氣候變化對水資源的影響和制定應對策略非常重要。

2.2 高光譜遙感數據

在水質監測中，高光譜遙感技術可以應用于以下幾個方面：首先，高光譜遙感技術可以用于水體的污染監測。通過對水體表面反射、吸收等特性的探測，可以獲取水體的污染情況，如懸浮物、有機物、氮磷等營養元素的含量。同時，高光譜遙感技術可以實時監測水體的變化情況，對水質的變化進行快速反應；其次，高光譜遙感技術可以用于水體的水質模型構建。通過對水體不同波段的光學特性進行分析，可以構建水體的光學模型，進而反映水體的物理、化學和生物特性。這對于水質預測、水資源管理和水環境治理具有重要意義；再次，高光譜遙感技術還可以用于水生態系統的研究。通過對水體及其周圍植被、動物等生物的高光譜遙感數據進行分析，可以了解水生態系統的結構和功能，為水生態系統的保護和管理提供科學依據。

2.3 新型衛星遙感數據

新型衛星遙感數據在水質監測中的應用主要表現在以下幾個方面。首先，高分辨率衛星遙感數據可以提供更為詳細的水體信息。傳統的遙感數據通常只能提供較為簡單的水體類型和面積信息，而新型衛星遙感數據則可以獲取更為精細的水體形態、紋理和顏色等信息，有助于進一步分析水質狀況；其次，新型衛星遙感數據具有較強的時間分辨率和空間分辨率，可以在較短的時間內獲取大量的監測數據，提高水質監測的效率；再次，新型衛星遙感數據可以實現多源數據的融合，將多種傳感器數據與衛星數據相結合，提高數據的準確性和可靠性。

3 水環境監測環節遙感技術的作用及優勢

3.1 可快速進行大范圍、立體性生態環境監測

遙感技術可以實現對大范圍內生態環境的監測，并且還能夠實現對重點地區的監測。利用遙感技術可以在短時間內對生態環境進行快速、準確的監測，這種監測方式具有很強的靈活性。通過對大范圍內生態環境進行實時監測，可以及時掌握生態環境現狀，從而為生態環境治理提供科學依據。利用遙感技術可以實現對大范圍內生態環境的動態監測，從而及時掌握生態環境變化情況。通過對重點地區進行動態監測，可以了解重點地區的生態環境變化情況，從而為制定相關政策和措施提供科學依據。通過遙感技術對大范圍內生態環境進行動態監測時，可以采取不同的方法進行分析和處理，并利用不同類型的數據獲取器獲取相關信息。在獲取遙感數據之后，可以快速地進行分析和處理。在遙感數據處理和分析的過程中，需要采用相應的處理方法和處理程序[2]。

3.2 信息收集范圍廣

遙感技術在水環境監測過程中，可以將水體污染情況清晰地反映出來，能夠為水污染防治和管理提供科學依據。在遙感技術中，主要包含了兩種信息：一種是地面數據，另一種是衛星數據。地面數據主要包含了地表水的光譜特征、地表覆蓋類型、土地利用類型等，其中地表水的光譜特征主要包括了反射率、反射率的波峰和波谷以及水體的反射率等。衛星數據主要包含了地物的反射率信息、地物的光譜特征、地物的反射率以及地物的輻射強度等。目前，遙感技術已經廣泛應用于水體污染監測中，可以對水體污染物濃度進行監測。同時，在水環境監測過程中，遙感技術還能將水質評價信息提取出來。第一，水體污染物濃度監測。由于污染物濃度會受到環境、生物以及人為等多種因素的影響，因此，在進行水質評價時需要對多個參數進行綜合分析。其中，最為重要的是評價指標。在進行水體污染情況評價時，需要對水質參數和其他參數進行綜合分析，確保能夠將環境污染情況準確地反映出來。第二，水質評價信息提取。在對水體污染情況進行監測時，需要對水體的光譜特征進行分析；第三，富營養化狀況監測。在對富營養化狀況進行監測時，可以將遙感技術與其他監測方法相結合。

3.3 適應各種復雜的水環境

在水環境監測過程中，水環境污染程度比較嚴重，污染物種類也比較多，因此，需要采用多種方式對水環境進行監測。在水環境監測的過程中，需要對水體進行全面的監測。如果只采用一種方式來進行監測，可能會存在一定的局限性。因此，在水環境監測的過程中，需要對多種方式進行綜合運用。比如，可以采用地面調查、遙感技術等方式來對水環境進行全面監測。在水質遙感監測過程中，需要利用水質遙感技術來對水體的化學成分進行分析，并判斷出水體污染程度。同時還可以利用衛星圖像來對水體污染情況進行監測。遙感技術的優勢在于能夠適應各種復雜的水環境。比如，在地表水監測過程中，需要利用衛星圖像來對地表的水文特征進行分析；在地下水監測過程中，需要利用衛星圖像來對地下水中的一些特征參數進行分析；在海洋水質監測過程中，需要利用衛星圖像來對海水水質情況進行監測；在城市污水處理過程中，也需要利用衛星圖像來對城市污水中所含有的一些污染物進行監測。

3.4 對水環境進行立體動態監測

遙感技術的另一個重要應用是對水環境進行立體動態監測。利用遙感技術，能夠對水環境污染情況和變化情況進行實時監測，這不僅能提高水環境監測效率，還能提高水環境監測精度。在實際應用中，利用遙感技術對水環境進行立體動態監測，具有以下幾點優勢：第一，可以對水體污染情況進行實時監測。遙感技術可以在較遠的距離上獲取水體的圖像，因此可以實時獲取水體的污染情況，方便對污染源進行及時的控制和治理；第二，能夠實時對水體中污染物濃度進行分析和測定。遙感技術可以同時獲取水體的多個參數，如溫度、濕度、光照等，因此可以利用這些參數計算出水體中污染物的濃度。這些數據對于評估水體的污染情況和制定水環境保護措施非常重要；第三，可以實時對水體的溫度、濕度等情況進行測定。溫度和濕度是水體污染物擴散的重要影響因素，因此對這些參數進行監測可以幫助我們更好地分析水體污染的擴散趨勢，進而采取更有效的水環境保護措施。利用遙感技術對水環境進行立體動態監測時，需要利用到多源遙感數據和遙感圖像數據，為了保證監測效果，需要選擇不同的衛星和傳感器進行立體動態監測，并借助多種傳感器實現，例如：雷達、激光雷達以及熱紅外等[3]。

4 水環境監測中遙感技術的具體應用策略

4.1 遙感監測水質油污染

隨著經濟的快速發展，我國的石油開采量不斷增加，導致河流中油類物質濃度逐漸增高。當這些油類物質進入河流之后，會在水體中形成油膜，對水體水質造成嚴重影響，對水環境造成嚴重污染。特別是對于河流、湖泊等水體來說，由于水體的流動性較差，其水體中的污染物濃度會隨著水體流動而不斷變化。而當水體中含有大量的油類物質時，不僅會使水質變得渾濁，同時還會降低水體透明度，造成水生動植物無法正常生長。對于水質油污染來說，其是一種典型的污染源。由于油類物質具有較強的流動性，其在水中的運動軌跡是不規則的。這就導致了當水質油污染發生之后，其治理難度相對較大。而采用遙感技術對水質油污染進行監測與識別能夠有效提升治理效率。在水質油污染發生之后，首先會導致水體透明度降低，隨后會形成一層較厚的油膜覆蓋在水面上。同時由于受到周圍水體和空氣濕度的影響，油膜還會出現逐漸擴散的情況。對于水環境來說，其不僅會降低水環境的凈化能力和處理效率，同時還會降低水體的自凈能力和自凈時間。因此針對水質油污染進行監測與識別就顯得十分重要。例如利用衛星遙感技術可以對河流進行實時監控，同時還可以對不同時間的遙感數據進行對比分析，進而準確識別出水質油污染程度。

4.2 遙感監測水體富營養化

利用遙感技術開展對水體富營養化問題的監測時，首先要選擇合理的遙感監測波段。針對此種情況而言，遙感監測波段應具備以下幾個特點：第一，波段較寬；第二，波段之間具有一定的相關性；第三，波段具有一定的差異性。基于此，利用遙感技術對水體富營養化問題進行監測時，其具體應用主要包括以下幾個方面：首先是波段選擇。在對水體富營養化問題進行監測時，必須將不同波段的傳感器信號進行有效處理與融合，以此來獲取更好的檢測效果。具體而言可將3個波段作為主要處理對象：第一個波段是可見光波段；第二個波段是近紅外波段；第三個頻段則是近紅外與中紅外之間的過渡段。其次是相關信息提取。在水體富營養化問題監測過程中，相關工作人員必須對其進行有效的處理與分析，以此來獲取更多有關水體富營養化的有效信息，通過有效處理與分析對其進行提取與判斷。

4.3 遙感監測懸浮固體物質

遙感技術通過獲取水體中懸浮固體物質的光譜數據，實現對其濃度值和空間分布情況的測定。目前主要包括兩種方式：一種是直接利用可見光光譜儀來獲取數據；另一種是通過光學浮標獲取數據。就目前而言，直接利用可見光光譜儀來獲取數據已經得到廣泛應用。通過這種方式能夠有效提升水體中懸浮固體物質濃度測定精度。而對于光學浮標來說則能夠在一定程度上提高懸浮固體物質測量效率。需要注意的是，由于受到氣象、風力以及風向等因素的影響比較大，因此在對水體中懸浮固體物質進行測定時應盡可能選擇在無風的天氣條件下進行。

在利用遙感技術對水體中懸浮固體物質進行測定時可以選擇線性光譜指數、冪指數、一階微分以及二階微分等方式來進行測定。例如：利用線性光譜指數測定懸浮固體物質時需要對其相關參數進行確定。首先要根據水體中懸浮固體物質濃度、光學特性以及地理位置等因素來確定其反射光譜曲線；其次要根據水體中懸浮固體物質濃度以及光學特性確定其散射光譜曲線；最后根據水體中懸浮固體物質散射光譜曲線以及散射強度來確定其吸收光譜曲線。

4.4 遙感監測水體熱污染

隨著社會經濟的發展，水資源問題越來越受到人們的重視，城市生活污水、工業廢水的排放已經成為影響水環境的主要因素，如何最大限度地實現水資源的可持續利用成為當前亟待解決的重要問題。因此，相關部門必須加強對水質監測工作的重視程度，在實際的水質監測過程中充分利用遙感技術，可以有效提高監測工作效率。但是當前我國遙感技術在水體熱污染監測方面還存在一些問題，比如水體熱污染在一定程度上受到水文地質條件、氣象條件等因素的影響，因此遙感技術在應用過程中難以保證精度。針對這一情況，相關工作人員必須明確其對水環境監測工作造成的影響，充分利用遙感技術對水體熱污染情況進行了解，對水體熱污染影響較大區域進行重點監測。比如可以將水體熱污染影響較大的區域劃分為四個等級，分別是輕度污染區、中度污染區、重度污染區以及極度污染區，在實際監測過程中通過遙感技術能夠全面掌握水體熱污染狀況。在此基礎上，工作人員可以結合實際情況制定科學合理的水質監測方案，為全面促進水環境監測質量的提升提供支持。

5 結語

遙感技術在水環境監測中具有廣泛的應用前景，其主要作用與優勢是可快速進行大范圍、立體性的生態環境監測、信息收集范圍廣、適應各種復雜的水環境以及能夠對水環境進行立體動態監測。本文基于這些作用與優勢，提出了水環境監測中遙感技術的具體應用策略，通過這些策略，可以為水環境的監測提供更準確的數據，從而更好地實現水環境治理。