基于遥感的南四湖水质监测及评价研究

论文摘要

南水北调工程是我国解决北方地区水资源严重短缺问题的特大基础设施工程,南四湖作为南水北调东线工程中重要的输水通道和调蓄湖泊,其水质状况直接影响着调水水质的优劣。水质监测是流域水污染控制规划和水污染控制工作的基础。目前较常用的人工水质监测方法虽然能够做出精确的分析和评价,但存在着自身无法克服的缺点,费时、费力、不经济且采样点数目和采样的次数都是有限的,监测结果往往不能全面、整体地反映整个水体的水环境质量。遥感水质监测具有范围广、速度快、可周期性连续监测的特点,能够弥补传统人工监测和利用数学模型模拟水质的缺陷和不足。因此,采用遥感技术进行水质监测和评价研究,对南四湖流域水污染控制规划和水污染控制工作的开展是十分必要的。论文在总结分析国内外已有遥感水质监测理论、技术和方法的基础上,以研究相对成熟的叶绿素a和悬浮物作为监测指标,利用从中国遥感卫星地面站订购的覆盖整个南四湖湖区的Landsat5 TM遥感数据,对南四湖水体进行了水质监测与评价研究。论文在对南四湖流域自然、社会和污染现状进行调查的基础上,确定了南四湖叶绿素a和悬浮物监测计划并进行了监测;对与采样准同步获取的遥感数据进行了预处理;通过对水质参数的光谱特征分析和遥感数据与实测数据之间的Pearson相关分析,构建了南四湖水体叶绿素a和悬浮物的反演模型,并应用模型对南四湖水体中叶绿素a和悬浮物进行了反演与评价研究;同时,采用卡尔森指数对南四湖水体的富营养化程度及分布规律进行了研究。研究结果表明:1)南四湖上级湖叶绿素a浓度较高,浓度范围主要在0-60ug/L之间;下级湖叶绿素a浓度相对较低,浓度范围主要在0-15ug/L之间。2)南四湖上级湖悬浮物浓度较高,浓度范围主要在0-60mg/L之间;下级湖悬浮物浓度相对较低,浓度范围主要在5-30mg/L之间。3)南四湖整个湖区已大面积出现富营养化现象,其中上级湖较为严重,大部分湖区出现中度富营养化现象;下级湖富营养化程度总体好于上级湖,整个湖区的营养程度主要处于贫营养和中营养状态,但微山湖的中部和北岸部分湖区出现轻度富营养现象。总体研究表明,南四湖水体中叶绿素a和悬浮物总体含量较高,且水体已呈现富营养化状态。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 遥感水质监测的国内外研究进展
• 1.2.1 叶绿素a
• 1.2.2 悬浮物
• 1.2.3 黄色物质
• 1.2.4 溶解性有机物
• 1.3 课题的研究目的、主要内容与技术路线
• 1.3.1 研究目的
• 1.3.2 主要内容
• 1.3.3 技术路线
• 第2章 遥感水质监测的原理和方法
• 2.1 遥感水质监测的基本原理
• 2.2 遥感监测的水质指标
• 2.2.1 叶绿素a
• 2.2.2 悬浮物
• 2.2.3 黄色物质
• 2.2.4 水温
• 2.2.5 化学性水质指标
• 2.3 遥感水质监测的常用方法
• 2.3.1 分析方法
• 2.3.2 经验方法
• 2.3.3 半经验方法
• 2.4 遥感水质监测的常用遥感数据
• 2.4.1 多光谱遥感数据
• 2.4.2 高光谱遥感数据
• 第3章 南四湖流域概况及实验数据的获取与处理
• 3.1 南四湖流域概况
• 3.2 南四湖水体水质的监测
• 3.2.1 监测项目
• 3.2.2 监测点位的布置
• 3.3 水质监测方案的实施
• 3.3.1 采样时间、频次
• 3.3.2 采样方法
• 3.3.3 监测分析方法
• 3.3.4 实测点位分布情况
• 3.4 南四湖湖区遥感数据的获取与预处理
• 3.4.1 ENVI遥感图像处理系统
• 3.4.2 几何精校正
• 3.4.3 辐射校正
• 3.4.4 水体部分提取
• 3.5 本章小结
• 第4章 叶绿素a反演模型的构建与应用
• 4.1 叶绿素a的光谱特征分析与最佳波段的选择
• 4.1.1 叶绿素a的波谱特征分析
• 4.1.2 基于TM数据的叶绿素a波段敏感性分析
• 4.2 叶绿素a水质反演模型的构建
• 4.2.1 模型的构建
• 4.2.2 模型分析
• 4.3 南四湖水体中叶绿素a浓度的反演与评价
• 4.4 本章小结
• 第5章 悬浮物反演模型的构建与应用
• 5.1 悬浮物的光谱特征分析与最佳波段的选择
• 5.1.1 悬浮物的波谱特征分析
• 5.1.2 基于TM数据的悬浮物波段敏感性分析
• 5.2 悬浮物水质反演模型的构建
• 5.2.1 模型的构建
• 5.2.2 模型分析
• 5.3 南四湖水体中悬浮物浓度的反演与评价
• 5.4 本章小结
• 第6章 南四湖富营养化程度评价研究
• 6.1 湖泊富营养化概述
• 6.1.1 湖泊富营养化的原因
• 6.1.2 湖泊富营养化的危害
• 6.2 富营养评价常用方法
• 6.2.1 营养状态指数法
• 6.2.2 营养度指数法（AHP-PCA法）
• 6.2.3 评分法
• 6.3 南四湖水体富营养状况评价
• 6.4 本章小结
• 第7章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及科研工作
• 致谢