水环境监测中遥感技术的作用及应用策略探究

陈向进

（福建省厦门环境监测中心站，福建 厦门 361022）

引言

近年来，我国水环境问题日益突出。如何针对水环境进行即时监测，并且及时采取有效措施，成为人们普遍关注的问题。而遥感技术在水环境监测中发挥着越来越重要的作用。随着遥感技术的不断发展，其在水环境监测中的作用也越来越受到重视。因此，针对水环境监测中遥感技术的作用及应用策略的研究具有十分重要的意义。

1 水环境监测的含义及现状

水环境监测是指通过对水体中各种物理、化学和生物学参数的连续监测，了解和研究水体的环境质量及其变化趋势。水环境监测是环境监测的重要组成部分，是环境保护和水污染防治的重要手段。随着经济社会的发展和人民生活水平的提高，水环境污染日益严重，水环境监测也面临着许多挑战和问题。首先，监测技术水平有待提高。我国水环境监测技术起步较晚，与发达国家相比存在较大差距，特别是在高精度、高灵敏度的监测仪器和技术方面。其次，监测网络不健全。我国水环境监测网络尚未形成，监测点位分布不合理，监测数据缺乏有效整合和共享。此外，监测数据质量不高。一些地区水环境监测数据失真，甚至出现人为干预监测数据的现象。

2 遥感技术在水质监测中应用的常见遥感数据

遥感技术是一种综合性的、先进的现代监测技术，具有操作简便、覆盖面积广等特点。通过遥感技术可以快速地获取大范围、立体性的生态环境监测信息，这种监测方式具有很强的灵活性，不受时间和空间限制，能够快速获取大量的信息。通过对生态环境进行大范围、立体性的监测，能够有效地为生态环境管理和治理提供科学依据。近年来，遥感技术在水质监测中得到越来越广泛的应用，这个过程中产生了一些遥感数据，主要分为以下三种数据类型。

2.1 多光谱遥感数据

与单光谱数据相比，多光谱数据具有更丰富的信息，能够更准确地识别水体的物理、化学和生物特征。在水质监测中，多光谱遥感数据可以用于以下几个方面：水体覆盖分析。多光谱数据可以获取水体在不同波段下的反射、吸收和散射等特征，从而反映水体的表面形态、分布范围和水质状况。这对于识别湖泊、河流、水库等各种水体类型和分布有很大的帮助；水质参数监测。多光谱数据可以同时获取水体的光学特性和温度、湿度、风速等气象参数，因此可以用于监测水质参数，如水体的透明度、悬浮物、溶解氧、pH值等[1]。这些参数对于评估水体的健康状况和制定水质管理策略非常重要；水体污染监测。多光谱数据可以识别水体中的污染物，如化学需氧量、氨氮、硝酸盐、挥发性酚类化合物等，帮助评估水体的污染状况和污染源的分布。同时，多光谱数据还可以监测水体的生物多样性和水生植物的分布，为水生态系统的保护和管理提供依据；气候变化监测。多光谱数据可以反映大气温度、湿度和风速等气象参数的变化，从而监测全球和区域气候变化对水体的影响。这对于评估气候变化对水资源的影响和制定应对策略非常重要。

2.2 高光谱遥感数据

在水质监测中，高光谱遥感技术可以应用于以下几个方面：首先，高光谱遥感技术可以用于水体的污染监测。通过对水体表面反射、吸收等特性的探测，可以获取水体的污染情况，如悬浮物、有机物、氮磷等营养元素的含量。同时，高光谱遥感技术可以实时监测水体的变化情况，对水质的变化进行快速反应；其次，高光谱遥感技术可以用于水体的水质模型构建。通过对水体不同波段的光学特性进行分析，可以构建水体的光学模型，进而反映水体的物理、化学和生物特性。这对于水质预测、水资源管理和水环境治理具有重要意义；再次，高光谱遥感技术还可以用于水生态系统的研究。通过对水体及其周围植被、动物等生物的高光谱遥感数据进行分析，可以了解水生态系统的结构和功能，为水生态系统的保护和管理提供科学依据。

2.3 新型卫星遥感数据

新型卫星遥感数据在水质监测中的应用主要表现在以下几个方面。首先，高分辨率卫星遥感数据可以提供更为详细的水体信息。传统的遥感数据通常只能提供较为简单的水体类型和面积信息，而新型卫星遥感数据则可以获取更为精细的水体形态、纹理和颜色等信息，有助于进一步分析水质状况；其次，新型卫星遥感数据具有较强的时间分辨率和空间分辨率，可以在较短的时间内获取大量的监测数据，提高水质监测的效率；再次，新型卫星遥感数据可以实现多源数据的融合，将多种传感器数据与卫星数据相结合，提高数据的准确性和可靠性。

3 水环境监测环节遥感技术的作用及优势

3.1 可快速进行大范围、立体性生态环境监测

遥感技术可以实现对大范围内生态环境的监测，并且还能够实现对重点地区的监测。利用遥感技术可以在短时间内对生态环境进行快速、准确的监测，这种监测方式具有很强的灵活性。通过对大范围内生态环境进行实时监测，可以及时掌握生态环境现状，从而为生态环境治理提供科学依据。利用遥感技术可以实现对大范围内生态环境的动态监测，从而及时掌握生态环境变化情况。通过对重点地区进行动态监测，可以了解重点地区的生态环境变化情况，从而为制定相关政策和措施提供科学依据。通过遥感技术对大范围内生态环境进行动态监测时，可以采取不同的方法进行分析和处理，并利用不同类型的数据获取器获取相关信息。在获取遥感数据之后，可以快速地进行分析和处理。在遥感数据处理和分析的过程中，需要采用相应的处理方法和处理程序[2]。

3.2 信息收集范围广

遥感技术在水环境监测过程中，可以将水体污染情况清晰地反映出来，能够为水污染防治和管理提供科学依据。在遥感技术中，主要包含了两种信息：一种是地面数据，另一种是卫星数据。地面数据主要包含了地表水的光谱特征、地表覆盖类型、土地利用类型等，其中地表水的光谱特征主要包括了反射率、反射率的波峰和波谷以及水体的反射率等。卫星数据主要包含了地物的反射率信息、地物的光谱特征、地物的反射率以及地物的辐射强度等。目前，遥感技术已经广泛应用于水体污染监测中，可以对水体污染物浓度进行监测。同时，在水环境监测过程中，遥感技术还能将水质评价信息提取出来。第一，水体污染物浓度监测。由于污染物浓度会受到环境、生物以及人为等多种因素的影响，因此，在进行水质评价时需要对多个参数进行综合分析。其中，最为重要的是评价指标。在进行水体污染情况评价时，需要对水质参数和其他参数进行综合分析，确保能够将环境污染情况准确地反映出来。第二，水质评价信息提取。在对水体污染情况进行监测时，需要对水体的光谱特征进行分析；第三，富营养化状况监测。在对富营养化状况进行监测时，可以将遥感技术与其他监测方法相结合。

3.3 适应各种复杂的水环境

在水环境监测过程中，水环境污染程度比较严重，污染物种类也比较多，因此，需要采用多种方式对水环境进行监测。在水环境监测的过程中，需要对水体进行全面的监测。如果只采用一种方式来进行监测，可能会存在一定的局限性。因此，在水环境监测的过程中，需要对多种方式进行综合运用。比如，可以采用地面调查、遥感技术等方式来对水环境进行全面监测。在水质遥感监测过程中，需要利用水质遥感技术来对水体的化学成分进行分析，并判断出水体污染程度。同时还可以利用卫星图像来对水体污染情况进行监测。遥感技术的优势在于能够适应各种复杂的水环境。比如，在地表水监测过程中，需要利用卫星图像来对地表的水文特征进行分析；在地下水监测过程中，需要利用卫星图像来对地下水中的一些特征参数进行分析；在海洋水质监测过程中，需要利用卫星图像来对海水水质情况进行监测；在城市污水处理过程中，也需要利用卫星图像来对城市污水中所含有的一些污染物进行监测。

3.4 对水环境进行立体动态监测

遥感技术的另一个重要应用是对水环境进行立体动态监测。利用遥感技术，能够对水环境污染情况和变化情况进行实时监测，这不仅能提高水环境监测效率，还能提高水环境监测精度。在实际应用中，利用遥感技术对水环境进行立体动态监测，具有以下几点优势：第一，可以对水体污染情况进行实时监测。遥感技术可以在较远的距离上获取水体的图像，因此可以实时获取水体的污染情况，方便对污染源进行及时的控制和治理；第二，能够实时对水体中污染物浓度进行分析和测定。遥感技术可以同时获取水体的多个参数，如温度、湿度、光照等，因此可以利用这些参数计算出水体中污染物的浓度。这些数据对于评估水体的污染情况和制定水环境保护措施非常重要；第三，可以实时对水体的温度、湿度等情况进行测定。温度和湿度是水体污染物扩散的重要影响因素，因此对这些参数进行监测可以帮助我们更好地分析水体污染的扩散趋势，进而采取更有效的水环境保护措施。利用遥感技术对水环境进行立体动态监测时，需要利用到多源遥感数据和遥感图像数据，为了保证监测效果，需要选择不同的卫星和传感器进行立体动态监测，并借助多种传感器实现，例如：雷达、激光雷达以及热红外等[3]。

4 水环境监测中遥感技术的具体应用策略

4.1 遥感监测水质油污染

随着经济的快速发展，我国的石油开采量不断增加，导致河流中油类物质浓度逐渐增高。当这些油类物质进入河流之后，会在水体中形成油膜，对水体水质造成严重影响，对水环境造成严重污染。特别是对于河流、湖泊等水体来说，由于水体的流动性较差，其水体中的污染物浓度会随着水体流动而不断变化。而当水体中含有大量的油类物质时，不仅会使水质变得浑浊，同时还会降低水体透明度，造成水生动植物无法正常生长。对于水质油污染来说，其是一种典型的污染源。由于油类物质具有较强的流动性，其在水中的运动轨迹是不规则的。这就导致了当水质油污染发生之后，其治理难度相对较大。而采用遥感技术对水质油污染进行监测与识别能够有效提升治理效率。在水质油污染发生之后，首先会导致水体透明度降低，随后会形成一层较厚的油膜覆盖在水面上。同时由于受到周围水体和空气湿度的影响，油膜还会出现逐渐扩散的情况。对于水环境来说，其不仅会降低水环境的净化能力和处理效率，同时还会降低水体的自净能力和自净时间。因此针对水质油污染进行监测与识别就显得十分重要。例如利用卫星遥感技术可以对河流进行实时监控，同时还可以对不同时间的遥感数据进行对比分析，进而准确识别出水质油污染程度。

4.2 遥感监测水体富营养化

利用遥感技术开展对水体富营养化问题的监测时，首先要选择合理的遥感监测波段。针对此种情况而言，遥感监测波段应具备以下几个特点：第一，波段较宽；第二，波段之间具有一定的相关性；第三，波段具有一定的差异性。基于此，利用遥感技术对水体富营养化问题进行监测时，其具体应用主要包括以下几个方面：首先是波段选择。在对水体富营养化问题进行监测时，必须将不同波段的传感器信号进行有效处理与融合，以此来获取更好的检测效果。具体而言可将3个波段作为主要处理对象：第一个波段是可见光波段；第二个波段是近红外波段；第三个频段则是近红外与中红外之间的过渡段。其次是相关信息提取。在水体富营养化问题监测过程中，相关工作人员必须对其进行有效的处理与分析，以此来获取更多有关水体富营养化的有效信息，通过有效处理与分析对其进行提取与判断。

4.3 遥感监测悬浮固体物质

遥感技术通过获取水体中悬浮固体物质的光谱数据，实现对其浓度值和空间分布情况的测定。目前主要包括两种方式：一种是直接利用可见光光谱仪来获取数据；另一种是通过光学浮标获取数据。就目前而言，直接利用可见光光谱仪来获取数据已经得到广泛应用。通过这种方式能够有效提升水体中悬浮固体物质浓度测定精度。而对于光学浮标来说则能够在一定程度上提高悬浮固体物质测量效率。需要注意的是，由于受到气象、风力以及风向等因素的影响比较大，因此在对水体中悬浮固体物质进行测定时应尽可能选择在无风的天气条件下进行。

在利用遥感技术对水体中悬浮固体物质进行测定时可以选择线性光谱指数、幂指数、一阶微分以及二阶微分等方式来进行测定。例如：利用线性光谱指数测定悬浮固体物质时需要对其相关参数进行确定。首先要根据水体中悬浮固体物质浓度、光学特性以及地理位置等因素来确定其反射光谱曲线；其次要根据水体中悬浮固体物质浓度以及光学特性确定其散射光谱曲线；最后根据水体中悬浮固体物质散射光谱曲线以及散射强度来确定其吸收光谱曲线。

4.4 遥感监测水体热污染

随着社会经济的发展，水资源问题越来越受到人们的重视，城市生活污水、工业废水的排放已经成为影响水环境的主要因素，如何最大限度地实现水资源的可持续利用成为当前亟待解决的重要问题。因此，相关部门必须加强对水质监测工作的重视程度，在实际的水质监测过程中充分利用遥感技术，可以有效提高监测工作效率。但是当前我国遥感技术在水体热污染监测方面还存在一些问题，比如水体热污染在一定程度上受到水文地质条件、气象条件等因素的影响，因此遥感技术在应用过程中难以保证精度。针对这一情况，相关工作人员必须明确其对水环境监测工作造成的影响，充分利用遥感技术对水体热污染情况进行了解，对水体热污染影响较大区域进行重点监测。比如可以将水体热污染影响较大的区域划分为四个等级，分别是轻度污染区、中度污染区、重度污染区以及极度污染区，在实际监测过程中通过遥感技术能够全面掌握水体热污染状况。在此基础上，工作人员可以结合实际情况制定科学合理的水质监测方案，为全面促进水环境监测质量的提升提供支持。

5 结语

遥感技术在水环境监测中具有广泛的应用前景，其主要作用与优势是可快速进行大范围、立体性的生态环境监测、信息收集范围广、适应各种复杂的水环境以及能够对水环境进行立体动态监测。本文基于这些作用与优势，提出了水环境监测中遥感技术的具体应用策略，通过这些策略，可以为水环境的监测提供更准确的数据，从而更好地实现水环境治理。