基于GF-1/WFV的钱塘江叶绿素a和总悬浮物浓度遥感估算

为了探究高分一号(GF-1)卫星对河流水体水质参数遥感反演的效果,使用GF-1卫星数据的16 m分辨率的GF-1/WFV传感器数据和地面实测数据,基于地面实测光谱反射率数据模拟WFV波段组合,构建水体叶绿素a和总悬浮物浓度遥感模型,从而对钱塘江流域杭州段水体水质参数进行估算。研究结果表明:基于B1-B3差值的二次多项式模型可用于叶绿素a浓度估算(R²=0.83,RMSE=0.74 μg/L),基于B3波段的二次多项式模型可用于总悬浮物浓度的估算(R²=0.92,RMSE=1 mg/L);通过模型应用于准同步的GF-1/WFV数据,较好反映了低潮位钱塘江杭州段水体叶绿素a和总悬浮物浓度的空间分布,为高分一号卫星数据遥感监测钱塘江水色参数做出了有益的探索性工作。研究方法及结果对其他流域河流水色遥感研究具有参考价值。     

基于航空高光谱的囫囵淖尔水体浊度反演建模

针对机载 Headwall 高光谱成像仪对水质监测能力的验证, 利用 2018 年 9 月 17 日航空高光谱数据和 17 个准同步实测水体浊度数据分别构建囫囵淖尔水体浊度波段比值反演模型、一阶微分反演模型和偏最小二乘反演模型, 估算同日的囫囵淖尔水体浊度的空间分布。研究结果表明: 利用机载 Headwall 高光谱数据构建的 3 个浊度反演模型, 验证均方根误差 RMSE 均小于验证样本浊度的极值差 5. 3 NTU, MRE 均小于 10% , 机载 Headwall 高光谱成像 仪能够较好地观测水体浊度差异; 在囫囵淖尔, 基于 Headwall 高光谱数据的偏最小二乘模型建模精度高于波段比 值模型和一阶微分模型, 决定系数 R2 达到 0.95, 综合误差 CE 为 1. 74% , 最适用于囫囵淖尔水体浊度的反演; 2018 年 9 月 17 日囫囵淖尔东部水域浊度范围为 21. 2~ 54.4 NTU, 呈现出北低南高的趋势, 湖中心区域水体浊度较低, 南部水域受水中藻类的影响, 水体浊度较高。利用航空高光谱遥感影像实现了浊度的定量反演, 为航空高光谱遥感数据用于水质参数反演提供借鉴。     

基于PLSR的珠江口城市河流水质高光谱反演

为研究珠江口城市河流水体高光谱特征与城市河流水质指数(CWQI)的关系,对中山市典型河流开展了高光谱监测和同步水质分析,基于偏最小二乘回归(PLSR)建立了高光谱数据与CWQI的反演模型,并研究了反演模型的最佳光谱分辨率和最优主成分数。结果表明：基于化学需氧量、总磷、氨氮和溶解氧4项水质指标质量浓度值计算得到的CWQI值可较好地反映研究区河流水质状况;水体不同波段的光谱反射率与CWQI存在一定的相关性,可用于区分不同CWQI的水体;光谱分辨率为50nm、提取主成分数为8时的反演模型效果最优,验证集均方根误差和平均相对误差分别为0-768和18-1%。将该反演模型与无人机高光谱监测数据结合,可较好地反映河流水质的空间差异。     

基于实测数据的鄱阳湖悬浮泥沙粒度遥感反演模式分析

水体悬浮泥沙粒度是重要的水质参数之一,影响着水体的遥感反射率。研究两者之间的关系对于内陆湖泊水环境遥感监测具有重要意义。基于鄱阳湖实测数据,采用相关分析方法,用不同数学模型进行鄱阳湖悬浮泥沙粒度反演研究。研究结果表明:(1)浑浊区适合采用体积百分比众数粒径建立反演模型,清水区适合采用数量百分比中值粒径建立反演模型;(2)浑浊区悬沙粒度的敏感单波段是环境卫星Ⅳ波段,在清水区悬沙粒度的敏感单波段有环境卫星Ⅱ和Ⅲ波段,而环境卫星Ⅱ,Ⅲ波段比组合是整个研究区水域的敏感波段;(3)单波段反演模型中,幂函数适用于鄱阳湖粒度遥感反演;波段比反演模型中,多项式模型适于鄱阳湖粒度遥感反演。     

基于MODIS数据的悬浮物遥感反演研究

为了分析卫星MODIS影像数据计算水体浊度的精度,探索利用卫星遥感数据监测水体水质的方法,以武汉东湖为研究区域,布置了水体浊度监测点。利用光谱分析法,将MODIS影像的光谱数据转化为浊度数据,并与地面准同步悬浮物浓度实测数据进行比较分析,建立了适合东湖水体的悬浮物浓度遥感定量估算模型。模型估算结果表明,根据MODIS影像数据所得的水体浊度数据精度满足相关要求,MODIS数据应用于湖泊水体悬浮物浓度监测具有可行性。     

基于BP神经网络的温榆河水质参数反演模型研究

为进一步提高内陆水体水质参数遥感反演的准确性,北京市温榆河被选为研究对象,研究选取ETM＋数据和准同步实测水质指标（浊度、BOD;）数据,建立了多个隐含层数目为1的BP神经网络模型,并选出分别针对浊度和BOD5的最佳神经网络模型,利用ETM＋影像的波段组合值反演了浊度和BOD,浓度值。最后将其反演结果与常规多元线性回归模型的反演结果进行精度比较。结果表明：温榆河的水质参数遥感反演为非线性问题,使用BP神经网络方法进行浊度与BOD,两种水质参数反演的结果优于线性回归方法的反演结果。     

基于Landsat-8卫星遥感反演内陆河湖水质参数

以太湖为研究区，使用Landsat-8卫星OLI数据和无人机高光谱数据，对研究区CODMn、DO、TN、TP、NH₃-N等5项水质参数进行遥感定量反演研究，通过各水质参数与遥感数据波段组合分析，构建高拟合度的水质参数反演模型，为内陆水体水质参数遥感定量反演提供理论基础。     

基于遥感的内陆水体水质监测研究进展

从遥感数据、反演方法和水质参数三方面综述了水质遥感监测的研究进展,介绍了国内外常用遥感数据,对比了分析法、经验法、半经验法、机器学习和综合法五种反演方法的优缺点,总结了叶绿素a、悬浮物、有色可溶性有机物等光敏参数和化学需氧量、生化需氧量、总磷和总氮等非光敏参数的研究进展。目前内陆水体水质遥感监测在卫星传感器的针对性、反演算法的时空局限性、水质参数光谱特征的复杂性、大气校正的精确性和特殊类型水体的水质监测等方面还存在问题;指出未来水质遥感监测应围绕新型遥感数据、通用反演模型、不同光谱特征、精确大气校正和特殊水体分类等方面开展。     

基于MODIS数据的鄱阳湖总悬浮物浓度监测分析

为了利用遥感卫星影像资料对湖泊水质进行连续、大范围的监测,以鄱阳湖为研究对象,通过对水体实测高光谱的特征分析,采用分期统计回归的方法建立总悬浮物(TSS)浓度反演模型,利用MODIS影像反演鄱阳湖TSS浓度的空间分布,并分析其时空分布特征.研究结果表明:红光和近红外波段是反演水质参数TSS的敏感波段,在同一环境下分析,...     

基于哨兵2号的白洋淀水质监测方法研究

水质监测是水环境保护的重要工作内容，为水环境评价提供重要的参数指标信息，利用卫星遥感手段进行水质监测具有大范围、长时序、低成本、周期性、快速、动态监测等优势，利用哨兵2号多光谱卫星遥感数据，结合白洋淀淀区水质国控断面实测数据，对白洋淀淀区的水质参数进行定量反演，获取淀区溶解氧、高锰酸盐指数、总磷和总氮4种参数的空间分布图，掌握白洋淀水质整体情况。实验结果表明，利用少量的水质实测数据，建立遥感水质参数反演模型，可以快速获取淀区水质连续空间分布图，并依据未来近10 d内的哨兵2号影像，预测淀区水质情况，通过模型精度验证可知，该方法可以取得较高的反演精度。     

南水北调引江济汉工程取水口位置比选研究

重点研究了南水北调引江济汉工程后三峡水库运用50年内,不同取水口河段泥沙冲淤、河势、水位的变化趋势,为合理选择进水口提供了科学依据。研究成果表明,由于三峡水库的拦沙及调节作用,改变了下游河道的来水来沙条件,使下游河段冲淤发生变化,河床处在不断调整过程中。在三峡水库运用50年内,各取水口河段河床冲刷主要集中在前10年,随后出现冲淤平衡、淤积等。兴建取水口工程后,工程对河段上、下游的影响是有限的,但其影响仅限于工程附近;各取水口的取水条件,均呈现出随着三峡水库运用年限的增加而发生变化。     

Application of airborne multispectral digital imagery to quantify riverine habitats at different base flows

We employed an integrated system of airborne remote sensing and ground surveys for regional mapping of instream habitats under variable flows over a 70 km section of the Lower Yakima River in southern Washington, USA. Airborne multispectral digital imagery was obtained in conjunction with field survey measurements and used to quantify the spatial extent, condition and temporal changes of selected river habitat characteristics under two different flows (14 and 28 m³ s^?1). Under each flow, geomorphic measures were quantified (e.g. channel complexity, number and size of habitats). Water depth and velocity were also classified for instream habitats, and temperature and turbidity were recorded. Remote sensing classification accuracies for islands, exposed rocks and water surfaces were greater than 99%, while more detailed depth/flow classifications were less accurate (68% and 72%, for the high and low flows, respectively). While high turbidity (>4 Nephelometric Turbidity Units (NTU)), shadows and bidirectional reflectance factor reduced classification accuracies, the overall effect of these factors was minimal. Under the low‐flow situation, off‐channel habitats were less abundant, more isolated and had shallower depths and warmer temperatures. Our analysis suggests that airborne multispectral imagery, coupled with appropriate ground truth data, can be a viable method for regional mapping of diverse riverine habitats under variable flows. We concluded from this analysis that the higher flow situation provided substantially better habitat than currently exists in the Lower Yakima River. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd.     

天津滞缓流型城市河网水质时空分布特征

针对天津城市河网滞缓流特点突出、水质变化与天然河流不同的特征,以海河、津河、卫津河、外环河4条重点河道为研究对象,应用聚类分析、因子分析、多元线性回归分析等多元统计分析方法对11个重点河道断面2008年和2009年39周的水质监测指标进行了分析。结果表明:河道断面水质在时间和空间上具有一定的分布特征,时间上,各断面5—8月水质较其他时间更差,氨氮、总磷超标严重;空间上,呈现出从海河到津河、卫津河再到外环河水质逐步下降的特征;海河、津河、卫津河等河道氮磷类汇入是主要污染源,外环河则以有机物污染汇入为主要污染源。     

汉江中下游典型河段水环境遥感评价

选择汉江中下游典型河段作为研究区域,利用2012年春、夏、秋3季水质采样结果及HJ1A卫星CCD同步多光谱数据,建立了研究区总氮浓度BP神经网络反演模型,并根据反演结果对研究区进行水质状况评价。研究结果表明基于弹性BP训练算法(启发式训练算法)的BP神经网络模型反演精度高,适用性强,可真实反映研究区总氮浓度在不同河段及不同季节中的变化情况,可较好地利用国产卫星数据开展流域水质评价工作。水质评价结果表明研究区在不同季节和不同区域水质差异较大,研究区春季总氮指标严重超标,夏、秋2季指标优于春季,下游指标优于上游。     

苏州古城区水系演变规律及水动力改善研究

苏州古城区水系是历代人工开凿,并且保存较为完整的历史文化遗产。以苏州古城区水系的产生、发展、破坏和恢复为主线,探讨了其水系演变规律及结构特征。结果表明:(1)苏州古城区水系有别于天然河道,具有一定规整性;(2)其水系消亡破坏过程与天然河道相同;(3)具备平原城市河网特点,存在一定水环境问题。进一步通过采用时空对比的研究方式,分析了苏州古城区水源的演变和特点,得出以下结果:(1)苏州古城区水系通江达湖,连通性好;(2)水系水流路径由20世纪80年代的西进东出转变为北进南出;(3)长江大通站的水位、水质和水量特征显示,长江能为苏州古城区水系提供具有优质水势、水质和水量的高保障率水源。以上论证显示,苏州古城区水系具备潜在的水质提升基础。     

汉江兴隆水利枢纽下游近坝段水位下降成因及防治对策

汉江兴隆水利枢纽2013年运用以来,坝下游近坝段中、枯水期水位较建坝前发生了不同程度的下降,到2018年枯水位最大下降1.67 m,造成船闸闸槛水深不足,影响船舶顺利过闸。基于对该河段实测水文、地质、河床地形资料分析,对坝下游近坝段水位下降的原因和防治措施进行了研究。结果表明:枢纽的清水下泄和河床床沙易被冲动,使河床平滩河槽冲刷下切和展宽,是造成坝下游中、枯水期水位下降的主要原因。为此,提出了对坝下游近坝段平滩河槽进行护底、修筑潜坝等工程措施来防治河床冲刷并适当抬升河道枯水位,同时建议尽快修建引江补汉工程增加汉江中下游枯水期来水流量,从根本上解决船舶过闸问题和坝下游河道中、枯水期水位下降带来的不利影响。     

江门市黑臭水体水质现状及污染特征分析

以江门市首批进行整治的黑臭水体为研究对象,通过对各河流的现状水质评价及污染源调查,分析江门市黑臭水体的水质现状、主要污染源、污染特征等,提出各河流污染源控制的主要对象。研究结果表明,江门市天沙河等6条河流水质大部分时段都超过地表水环境质量V类标准限值,无法满足河流的水质目标,部分时段达到黑臭水平;其中,天沙河污染源较多,以畜禽养殖污染为主,是本次江门市黑臭水体治理的重点,其他5条河流包括生活污染、畜禽养殖污染等污染源,污染源结构有所差别,应有侧重的进行整治。     

汉江中下游流域污染负荷及水环境容量研究

通过调查和分析汉江中下游流域各污染源,以化学需氧量(COD)和氨氮(NH_3-N)为污染负荷指标,分析了流域污染负荷现状,确定了主要污染源。在此基础上,选择COD和NH_3-N作为计算因子,利用一维水质模型测算汉江中下游流域干流及主要支流的水环境容量。结果表明:江汉污染源主要为中心城镇生活污染源、规模化畜禽养殖污染源和工业污染源; 2015年排入汉江中下游干流河道的污染负荷量为340 572. 15 t,以COD为主;潜江段以规模畜禽养殖污染源为主,其他均以城镇生活污染源为主。根据模型计算结果可推知,汉江中下游干流河道COD的水环境容量目前尚较富足,但NH_3-N的水环境容量已接近负荷阈值;汉江中下游支流唐白河、竹皮河和天门河的COD和NH_3-N水环境容量均较小。     

河流修复技术研究

河流修复是维护河流健康的重要措施,根据修复重点可分为近自然生态工法、水文模式修复法、河流分类法3类。河流修复具有时间和空间变异特征,包括系统条件和河流水文、结构、物质以及物种3个层面,修复的重点是创建多样性河流形态和改善河流水文条件,本文给出了河流形态多样性修复的主要内容和修复的概念性框架。考虑自然河流径流过程和河道生态保护目标,给出了河道不同保证率条件下的最小生态补水量、适宜生态补水量以及平滩补水量的计算方法,以为水库生态调度提供依据。     

南水北调引江济汉取水口区河工模型试验研究

通过南水北调引江济汉工程取水口河段河演分析和引水渠进口段河工模型试验,重点研究了三峡工程蓄水运用后取水口河段河道演变规律,引水渠流速流态、进水闸消力池消能情况和沉沙池、沉螺池工程效果等。研究表明:三峡运行初期,取水口河段河势变化不大,对取水工程有利,其研究成果可供工程设计单位采用或参考。