基于星载数据的水库水质遥感监测研究.pdf

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1、2015年赣南师范学院学报No．3第三期JournalofGannanNormalUniversityJune．2015·赣江流域资源与环境·基于星载数据的水库水质遥感监测研究王远东(赣南师范学院地理与规划学院，江西赣州341000)摘要：以吉林长春石头口门水库这一重要水源地作为研究区，在现场实测的基础上采用Landsat·5TM卫星影像作为水质反演的数据源，实现水质参数空间反演．地面数据在TM过境当天2007年8月29日于石头口门水库采集所得．用经验模型生成水质参数叶绿素a的空间分布图，并对水库的营养状态实施评估．几何校正、辐

2、射定标、大气校正、图像滤波以及水质图生成等图像处理步骤在软件ENVI4．8与ARCGIS9．3中实现．结果显示同步的地面实测参数与卫星遥感数据高度相关(R=0．87)．石头口门水库的叶绿素a浓度平均值为14．6／f，处于中度富营养化水平．关键词：叶绿素a；石头口门水库；遥感数据；水质监测；营养评价中图分类号：TP79文献标志码：A文章编号：1004—8332(2015)03—0101—05叶绿素a(Chlorophylla，Ch1．0)是存在于所有绿色植物体内的光合色素，常用来估计表层水中的藻类数量，其数量过多时可以导致水体中溶

3、解氧水平下降-2]．Chl—a浓度作为植物初级生产力的指示，同藻类种类组成、光适应性、群落年龄、细胞的固氮能力等诸多影响生物量的指标相联系．由于湖泊水库的环境条件随时问变化，某些藻种由于不能适应而从水体中消减．在湖泊水库生态学中，这种生态学规律便是演替．在自然生态系统中，藻类季节演替是以年为周期的循环变动．在库的水体中，叶绿素a浓度在大范围空间尺度的空间分异来自于养分通量的系统性梯度变化产生的生长差异．较小尺度的变化可能与风力环境有关，依赖于藻类的悬浮特性与风生水文之间的交互作用．水体物质组分参数(叶绿素等)存在显著的光谱特征或

4、光学特性J，这些光学活性物质含量的变化引起水体的光学特性变化，因此通过卫星影像提取出的遥感反射率与水质参数(Chl—a)浓度相关联可以对目标参数遥感反演．叶绿素a的增加引起的光谱能量响应体现在蓝波段(0．45—0．52txm)能量值的降低和绿波段的增加(0．52—0．60Ixm)．这些变化可以被遥感探测到j．本文以石头口门水库作为研究区，采用Landsat一5TM影像作为水质制图的数据源．地面数据在TM过境当天2007年8月2913于石头口门水库采集所得．利用传统的经验模型法生成水质参数叶绿素a的空间分布图．采用修正的卡尔森指数

5、(TSIM)来评价石头口门水库的营养状态J．1研究区与数据处理1．1研究区概况本研究以吉林省长春市重要水源地石头口门水库作为研究区(图1)．该水库地理坐标范围是E125。42一125。52，N43。46一43。58，位于第二松花江支流饮马河中游．石头口门水库是一座以防洪除涝、城市供水、农田灌溉为主结合发电、养鱼、旅游等综合利用的大型水利枢纽工程，其流域面积约4937km，水域面积94．2km，平均水深3．3in，总库容1．28X109m，设计年供水量1．83×108nl．该水库自1977年开始承担向长春市供水的任务，日图1研究区

6、位置示意图收稿日期：2015一O4—24DOI：10．13698／j．cnki．cn36—1037／c．2015．03．026作者简介：王远东(1985一)，男，赣南师范学院地理与规划学院讲师、博士，从事地表环境遥感定量观测与模拟研究网络出版地址：http：／／www．cnki．net／kcms／detail／36．1037．C．20150605．1628．024．html102赣南师范学院学报2015平均向长春市区供水7×105m，占全部城市用水的80％Ⅲ1川．石头口门水库是长春市重要的饮用与灌溉水源地．尽管采取了相当的保护措

7、施，但仍然存在一些问题如居民生活污水未经处理直接排放，旅游休闲、渔业养殖带来的污染，尤其是城市开发过程中砍伐、开荒、采石、挖沙、开矿等原因造成水库上游水体流失较为严重，入库泥沙抬升库底，降低库容，减少水库使用寿命，同时库区周围不合理的土地利用，以及农业非点源污染等也给水库水质造成一定影响．1．2影像数据与预处理在本研究中，获取的2007年8月29日的Landsat-5TM影像作为水库水质制图的卫星影像数据．Land．sat一5的专题制图仪(TM)分为7个波段，各波段参数如表1所示．TM传感器选用可见光一近红外(0．45—12．5

8、表1Landsat一5TM各波段参数m)谱段，其中1—5和7波段是可见光一近红外波段，空间分辨率为30m，第6波段是热红外波段，空间分辨率为120m．本研究中只选用TM1—4波段作为遥感数据与水质参数作相关分析，中心波长分别为485，569，66和840nm，光