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城市黑臭水体实质上是由环境保护和城市建设两者发展不平衡产生的,也是中国当下生态环境保护工作的重点之一。目前关于黑臭水体的形成机制和生态修复技术方面已有许多研究成果,但是黑臭水体水质监测技术仍以实地采样监测为主,成本较高,且监测结果存在时空上的不连续性,不能充分了解水质黑臭变化状况。本文针对城市黑臭水体监测评价这一热点难点展开研究,发挥遥感水质监测技术范围广、成本低、速度快的优势,弥补黑臭水体实地监测的缺陷,从而实现城市黑臭水体动态监测,全面了解黑臭水体状况变化的时空特征,为中国黑臭水体整治工作攻坚战工作方案提供科学依据。
本文以钦州市主城区为研究区域,以高频次重访的高空间分辨率PlanetScope遥感影像为数据源,结合两期的实地采样数据,分析黑臭水体表观光学特性,利用黑臭水体与一般水体光谱曲线差异特征,提出5种黑臭水体识别算法。为量化城市水体黑臭等级变化过程,对综合水质评价方法——内梅罗指数进行修正改进,实现同一黑臭级别内的黑臭指数评价结果数值连续分布;通过黑臭指数与遥感特征波段的相关性分析,建立了多元线性回归模型,结合遥感技术和内梅罗黑臭指数评价方法,对研究区水体黑臭状况时空分布特征进行分析评价,得出以下结果:
(1)城市黑臭水体与一般水体在蓝、绿和红波段(455nm~670nm)的相同点是反射率偏低,不同点在于一般水体在455nm~670nm处的光谱曲线斜率高于黑臭水体,且一般水体在红波段处反射率达到极大值,在红波段和近红外波段开始下降,而黑臭水体此波段范围内反射率开始大幅度升高。
(2)通过实地调研水样数据和PlanetScope卫星遥感影像对钦州市主城区的黑臭水体进行研究,提出了五种基于特征波段的黑臭水体识别算法:NIR单波法,HI指数,EHI指数,NDBWI指数以及基于色度法的饱和度识别算法。识别结果表明,NIR单波段阈值法识别准确率较低,存在较大偏差;HI指数识别准确率为57.14%;EHI指数和饱和度法对黑臭水体的识别准确率均为78.57%;NDBWI指数的识别准确率最高,达90%以上。
(3)根据《黑臭水体整治工作指南》中对水体黑臭等级的划分,对常用的综合水质评价方法——内梅罗指数法进行修正,实现水体黑臭等级评价结果连续分布,量化同一黑臭等级内的水质差异状况。钦州市主城区的黑臭水体存在同一河道不同黑臭程度的现象,受渠道岸边商业区、居民区及美食城的影响,局部黑臭的现象很普遍。
(4)基于黑臭水体评价指标与遥感反射率相关性分析,以改进的内梅罗黑臭指数为因变量,遥感反射率为自变量建立多元线性回归方程的,提出了6种相关性较显著的多元回归方程,并通过实测数据对拟合效果进行分析评价。结果表明模型6的(自变量为前三个波段的组合)模拟结果更符合实际情况,拟合效果偏差最小。
本文以钦州市主城区为研究区域,以高频次重访的高空间分辨率PlanetScope遥感影像为数据源,结合两期的实地采样数据,分析黑臭水体表观光学特性,利用黑臭水体与一般水体光谱曲线差异特征,提出5种黑臭水体识别算法。为量化城市水体黑臭等级变化过程,对综合水质评价方法——内梅罗指数进行修正改进,实现同一黑臭级别内的黑臭指数评价结果数值连续分布;通过黑臭指数与遥感特征波段的相关性分析,建立了多元线性回归模型,结合遥感技术和内梅罗黑臭指数评价方法,对研究区水体黑臭状况时空分布特征进行分析评价,得出以下结果:
(1)城市黑臭水体与一般水体在蓝、绿和红波段(455nm~670nm)的相同点是反射率偏低,不同点在于一般水体在455nm~670nm处的光谱曲线斜率高于黑臭水体,且一般水体在红波段处反射率达到极大值,在红波段和近红外波段开始下降,而黑臭水体此波段范围内反射率开始大幅度升高。
(2)通过实地调研水样数据和PlanetScope卫星遥感影像对钦州市主城区的黑臭水体进行研究,提出了五种基于特征波段的黑臭水体识别算法:NIR单波法,HI指数,EHI指数,NDBWI指数以及基于色度法的饱和度识别算法。识别结果表明,NIR单波段阈值法识别准确率较低,存在较大偏差;HI指数识别准确率为57.14%;EHI指数和饱和度法对黑臭水体的识别准确率均为78.57%;NDBWI指数的识别准确率最高,达90%以上。
(3)根据《黑臭水体整治工作指南》中对水体黑臭等级的划分,对常用的综合水质评价方法——内梅罗指数法进行修正,实现水体黑臭等级评价结果连续分布,量化同一黑臭等级内的水质差异状况。钦州市主城区的黑臭水体存在同一河道不同黑臭程度的现象,受渠道岸边商业区、居民区及美食城的影响,局部黑臭的现象很普遍。
(4)基于黑臭水体评价指标与遥感反射率相关性分析,以改进的内梅罗黑臭指数为因变量,遥感反射率为自变量建立多元线性回归方程的,提出了6种相关性较显著的多元回归方程,并通过实测数据对拟合效果进行分析评价。结果表明模型6的(自变量为前三个波段的组合)模拟结果更符合实际情况,拟合效果偏差最小。