基于GF-1号遥感影像的武汉市及周边湖泊综合营养状态指数反演

湖泊水体富营养化的监测评价是湖泊水资源管理和水环境保护的基础性工作。基于GF-1号WFV遥感影像和综合营养状态指数法,通过82个站点实测数据建立多元线性回归和RBF神经网络模型,对武汉市及其周边地区主要湖泊综合营养状态指数进行了反演。反演的结果显示,武汉市及周边大部分湖泊水域处于轻度富营养和中营养状态,局部湖区为中度富营养状态。验证结果表明:GF-1号WFV多光谱数据用于监测大面积湖群水质变化是可行的;两种模型都可以建立实测数据与遥感信息的函数关系,根据函数可以反演湖泊水质综合营养状态指数,进而实现大面积湖泊水质动态监测;而RBF神经网络模型预测的R2为0.742 3,均方根误差为3.72,其反演精度更高,更适合于监测内陆湖泊水质变化。     

武汉湖泊富营养化遥感调查与评价

利用武汉东湖各子湖多年可靠的地面监测资料和1999年9月Landsat-7的TM各波段的卫星遥感数据,建立了各子湖的营养状态指数与TMb5图像上的灰度值之间的线性关系模型,并运用该模型对武汉各湖泊进行富营养化评价。同时基于地面监测资料,用日本学者相崎守弘提出的修正富营养化指数法对武汉主要湖泊的富营养化程度进行评价。两种方法评价结果都显示,武汉大多数湖泊呈富营养化状态,一些湖泊已接近甚至达到极富营养化。在用两种方法同时评价的十个湖泊中,有四个湖泊的评价结果完全一致,其余的六个湖泊富营养化程度只相差一个级别。两种方法评价结果存在差异,可能有以下三个原因;（1）遥感方法反映了是图像所在时段的某一个区域上的平均值,营养化指数法反映的是若干个采样站的年平均值;（2）TM图像的获取时间比地面监测的时间晚;（3）遥感影像可能受到云、泥沙等悬浮物、高等水生植物以及湖泊水深等的影响。遥感评价结果与地面监测结果基本一致,利用遥感进行湖泊水体富营养化监测价是可行的,有效的,利用该方法可进行大范围的湖泊富营养化调查评价。     

基于环境一号卫星高光谱数据的太湖富营养化遥感评价模型

采用环境一号卫星高光谱数据直接监测太湖富营养化状态的方法较多光谱影像监测有着更高的精度优势，对内陆水环境监测具有一定的意义。利用2009年4月地面实测高光谱数据模拟环境一号卫星星上数据，结合确定的太湖富营养化状态遥感评价的水质因子，构建富营养化状态评价模型，并采用实测数据和环境一号卫星高光谱影像数据对模型的精度和适用性进行验证。研究结果表明：（1）选用叶绿素a作为富营养化遥感监测的水质因子监测太湖富营养化状态与综合营养指数法相比，平均相对误差为597%；（2）采用模拟的环境一号卫星高光谱影像数据结合三波段模型与采用地面实测数据评价结果之间的相关系数r=0855，平均相对误差为919%；（3）结合环境一号卫星高光谱影像对2010年5月2日太湖进行富营养化监测评价，结果显示太湖水体整体成中营养状态，存在1129%的监测水域出现轻度富营养化状态     

基于多源卫星数据的三峡库区水体悬浮物浓度遥感监测

悬浮物浓度是评价水体水质及区域生态环境的重要参数之一。利用2020年5月长江三峡库区与长寿湖水体实测悬浮泥沙浓度及同步光谱数据，对照Landsat-8、Sentinel-2、GF-1三类卫星遥感影像数据，分析了不同卫星仿真波段与不同波段组合下离水光谱反射率与水体悬浮物浓度相关关系，筛选得到长江三峡水体悬浮物敏感波段，并尝试率定其有效参数区间。采用线性、指数、多项式等多种数理统计回归方法，分别建立三类卫星对应的反演模型，对比不同卫星可用于三峡库区悬浮泥沙浓度遥感反演监测的最优模型，选出一个最佳模型用于长江三峡库区的水体悬浮泥沙浓度遥感监测。结果表明：(1)三类卫星数据中近红外/绿光的波段组合与悬浮泥沙浓度均具有最显著的相关性，其中Landsat-8的相关系数为0.771 3 (P<0.001),Sentnel-2为0.773 4(P<0.001),GF-1为0.730 0(P<0.001);(2)三类卫星的最佳回归模型均为线性模型，模型R²均超过0.60以上，方程F检验均通过99%置信区间，说明常用的三类卫星均可以有效应用于三峡水体悬浮物的监测。但...     

城市湖泊有机质氮同位素差异及其对水污染的指示作用分析

如何对湖泊生态环境修复效果进行评价是当前湖泊生态修复工作的难点所在，以武汉市内不同修复状态湖泊为研究对象，通过分析湖泊水体营养盐浓度、水质类别、综合营养状态指数TLI（Σ）与湖泊不同有机质δ15N的关系，探讨以水体中某一有机质δ15N指示城市湖泊水污染状态，进而作为湖泊修复效果评价指标的可行性。结果表明：武汉南湖、东湖、内沙湖水质分别为劣Ⅴ类、Ⅳ类、Ⅲ类；水体富营养化程度分别为重度富营养、轻度富营养、中营养；南湖有机质δ15N均值最高为13.193‰（8.394‰~19.380‰）；东湖δ15N次之为8.191‰（5.162‰~13.488‰）；内沙湖δ15N最低为2.940‰（0.001‰~6.433‰）。不同湖泊有机质δ15N与表层水 c(TN)、c(DIN)、c(NH+4-N)、c(TP)、水质类别和TLI（Σ）呈正相关趋势，其中悬浮有机质、沉水植物δ15N与水污染参数的相关性最为显著，均能有效表征城市湖泊水污染状态；为了采样的简便性及样品的通用性，建议以悬浮有机质δ15N作为城市湖泊水污染状态及水环境治理效果的快速评价指标。     

MERIS卫星数据定量反演长江河口的悬沙浓度

悬浮泥沙浓度是描述水质的重要参数，获取其空间和时间上的分布，有助于水环境监测及泥沙输运观测。首先介绍了欧空局（ESA）发射的ENVISAT上携带的中分辨率成像光谱仪（MERIS）基本特点，其数据较SeaWiFS、MODIS在水色波段设置和灵敏度上具有一定优势，然而在我国高浑浊河口如长江口，MERIS二级产品如离水辐射率和总悬浮物浓度的反演结果与实测数据有较大的偏差。故直接利用其一级数据即传感器接收到的辐射率，采用基于辐射传输模型的MODTRAN算法进行大气校正以获得水表遥感反射率。应用遥感反射率与悬沙浓度的关系模型，反演了2005年夏季三个寻常潮（7月30日、8月3日、8月9日）悬沙浓度。通过对反演结果与实测数据进行分析，得出反演偏差可由二级产品90%相对误差降低到53%左右。最后给出了2005年8月15日、9月16日悬沙浓度分布图，通过分析得出利用MERIS数据反演高浑浊河口悬沙浓度是可行的.     

江西省中小型湖泊富营养化控制指标的建议值

利用在2010年3月~2011年2月江西省25个中小型湖泊水质监测指标的分析数据,采用综合营养状态指数（TLI）法对调查湖泊进行各季节和全年的营养状态评价,并分别计算在各季节和全年内调查湖泊中发生富营养化的概率。在全年营养状态评价的基础上,运用Bootstrap方法,寻找在不同营养状态下的置信区间,并推断富营养化控制指标的建议值。结果表明,在被调查的湖泊中,春、夏季发生富营养化的概率是接近的,秋季是最高的,冬季是最低的。在春、夏和冬季时,调查湖泊的营养状态以中营养为主;在秋季时,中营养状态湖泊所占比例下降,富营养状态湖泊所占比例上升。在全年中,富营养和中营养状态湖泊所占比例分别为32%和68%。江西省中小型湖泊富营养化控制指标透明度（SD）、总磷（TP）、叶绿素a（Chl a）和高锰酸盐指数（CODMn）等的建议值,分别为044 m、005 mg/L、1000 mg/m3和2 70 mg/L。为湖泊富营养化的分区控制与治理提供基础资料和理论依据     

基于遥感反演长江中游地区悬浮泥沙研究

悬浮泥沙定量研究对于调查长江的水质、地貌、生态环境等起着至关重要的作用。以长江中游武汉地区2012~2013年14幅不同时相的Landsat ETM+遥感影像为主要数据源，结合野外采样悬浮泥沙浓度数据，分析了悬浮泥沙遥感定量反演方法，数据处理中针对ETM+SLC OFF影像缝隙问题，采用自适应局部回归匹配算法（ALR）进行影像自动恢复处理，在波段选择中对悬浮泥沙浓度和光谱反射率数据进行相关性分析，并运用传统关系建模方法和高斯模型方法对比，比较悬浮泥沙定量反演模型，利用实测验证数据对反演模型精度进行评估。研究结果表明：（1）ALR可以有效的获取悬浮泥沙敏感波段的遥感光谱反射率；（2）ETM+Band3悬浮泥沙浓度的高斯模型相关系数最高，通过对比得到模型反演的验证精度较高，研究证明遥感定量反演适合于长江流域武汉段泥沙含量大范围监测     

城市湖泊有机质氮同位素差异及其对水污染的指示作用分析

如何对湖泊生态环境修复效果进行评价是当前湖泊生态修复工作的难点所在,以武汉市内不同修复状态湖泊为研究对象,通过分析湖泊水体营养盐浓度、水质类别、综合营养状态指数TLI(Σ)与湖泊不同有机质δ~(15)N的关系,探讨以水体中某一有机质δ~(15)N指示城市湖泊水污染状态,进而作为湖泊修复效果评价指标的可行性。结果表明:武汉南湖、东湖、内沙湖水质分别为劣Ⅴ类、Ⅳ类、Ⅲ类;水体富营养化程度分别为重度富营养、轻度富营养、中营养;南湖有机质δ~(15)N均值最高为13. 193‰(8. 394‰～19. 380‰);东湖δ~(15)N次之为8. 191‰(5. 162‰～13. 488‰);内沙湖δ~(15)N最低为2. 940‰(0. 001‰～6. 433‰)。不同湖泊有机质δ~(15)N与表层水c(TN)、c(DIN)、c(NH+4-N)、c(TP)、水质类别和TLI(Σ)呈正相关趋势,其中悬浮有机质、沉水植物δ~(15)N与水污染参数的相关性最为显著,均能有效表征城市湖泊水污染状态;为了采样的简便性及样品的通用性,建议以悬浮有机质δ~(15)N作为城市湖泊水污染状态及水环境治理效果的快速评价指标。     

基于实测光谱分析和MODIS数据鄱阳湖叶绿素a浓度估算

基于遥感的大面积水体监测技术为水环境监测提供了一种有效手段。以鄱阳湖为研究区,以反映水体营养状态的重要指标叶绿素a为研究对象,在测定研究区水体光谱及叶绿素a浓度和收集了相应时间的MODIS数据的基础上,采用浮游藻类指数法（Floating Algae Index,FAI）提取鄱阳湖水体范围,对鄱阳湖水体实测光谱数据进行剔除异常、归一化及光谱微分处理,构建波段差值、比值、归一化差值等光谱指数,利用最小二乘原理迭代分析水体叶绿素光谱响应特征,得出敏感波段范围：673～680 nm与650～665 nm、680～710 nm与650～670 nm、662～671 nm与700～720 nm光谱区间组合。选择最佳通道组合,建立基于MODIS影像的鄱阳湖叶绿素a浓度反演模型,相关系数为067。应用该模型得到2011年秋季鄱阳湖的叶绿素浓度估算值,反演结果显示湖区水体叶绿素浓度总体不高,且在空间分布上湖区水体周边与陆地交界处比湖中心区浓度偏高。分析认为：通过对实测光谱的定量分析,获得对鄱阳湖地区水体叶绿素浓度的光谱特征认识,揭示出其反射光谱的长波漂移现象,为鄱阳湖这一富营养化程度底,且水体分布不均匀区域建立一种叶绿素浓度反演方法,可为该区域长期的水环境管理提供方法借鉴     

南水北调东线湖群水体营养状态评价及其限制因子研究

湖泊富营养化问题是我国湖泊保护面临的紧迫问题,开展湖泊营养状态评价及其限制因子研究,对于富营养化湖泊治理和生态系统修复具有重要意义。该研究以南水北调东线工程调蓄湖群-高邮湖、洪泽湖、骆马湖、南四湖、东平湖为研究区域,于2018年4月非调水期和10月调水期对调蓄湖群109个样点开展了系统监测,采用综合营养状态指数法对调蓄湖群营养状态进行了评价,运用多元统计分析方法分析了湖群富营养化特征及其限制因子。结果表明:同一水期内调蓄湖泊间水质指标不尽相同,各调蓄湖泊非调水期水质优于调水期,影响水质达标的主要因子为总氮和总磷。调蓄湖群调水期均处于轻度富营养状态,非调水期均处于中营养状态,非调水期优于调水期。透明度和叶绿素a是决定调蓄湖群富营养化水平的限制性因子。     

中华鳖养殖池塘中的浮游甲壳动物群落结构研究

浮游动物常作为水体富营养化程度的指示生物,但多集中于湖泊和水库等大型自然水体中。基于放养密度和搭配水生植物不同,中华鳖有不同的池塘养殖模式,而呈现出不同的水生态环境。通过调查鳖-单养、鳖-莲、鳖-生态和鳖-菱4种主要的池塘养殖模式水质指标和浮游甲壳动物的群落结构,了解不同养殖池塘中浮游甲壳动物的群落结构与富营养化程度之间的关系。研究结果显示,鳖-单养模式DO、NH_4~+-N、NO_2~--N、TN、TP、COD、Chl a、综合营养状态指数(TLI)均显著高于鳖-莲、鳖-生态和鳖-菱模式,SD显著低于鳖-莲、鳖-生态和鳖-菱模式(P0.05);养殖池塘中共记录枝角类6属7种,哲水蚤3属3种,剑水蚤6属6种,共同优势种为毛饰拟剑水蚤(Paracyclops fimbriatus)、广布中剑水蚤(Mesocyclops leuckarti)和台湾温剑水蚤(Thermocyclops taihokuensi);聚类分析结果显示鳖-单养模式单独聚为一类,鳖-莲、鳖-菱和鳖-生态模式聚为一类;线性回归分析显示枝角类丰度和TLI呈负相关(P0.05),哲水蚤丰度和TLI呈正相关(P0.05),剑水蚤和浮游甲壳动物丰度与TLI呈显著正相关(P0.05);RDA显示Chl a、NO_2~--N、SD、WT和COD显著影响了浮游甲壳动物组成(P0.05)。该研究不仅可以为中华鳖池塘养殖模式的开发提供技术指导,而且可以为渔业生产影响淡水生态系统结构与功能的研究提供理论支持。     

三峡工程运行后洞庭湖水环境变化及影响分析

以入湖水系、湖体、出湖口为研究区域,基于20多年的监测数据,运用水质单因子评价、综合营养状态指数(∑TLI)等评价方法,系统地分析了洞庭湖水文、水质、营养化状态的时空变化规律,探讨三峡工程运行后洞庭湖水环境变化及原因。结果表明:(1)洞庭湖入湖水量及沙量均明显降低、水位变幅减小。(2)透明度(SD)、总氮(TN)、总磷(TP)、浮游植物等指标的时空分异特征较为明显,4个指标年均值均总体呈上升趋势,其中,SD、浮游植物种类数量及密度自三峡工程运行后变化尤为明显。西洞庭湖的SD高于南洞庭湖,东洞庭湖的SD最低。ρ(TP)在湖体最高,ρ(TN)则在湖体最低。(3)入湖水系水质最好,出湖口水质最差。入湖水系水质一直维持在Ⅱ～Ⅲ类之间,水质良好;出湖口、湖体水质自三峡工程运行后以Ⅳ～Ⅴ类为主,变劣趋势明显。湖体富营养化日趋严重,东洞庭湖的富营养程度稍高于西洞庭湖和南洞庭湖。(4)初步认为:洞庭湖水文水动力环境条件的变化,整体上对水质产生一定的不利影响,对湖体富营养化有一定的促进作用。     

湘江长沙综合枢纽蓄水初期长沙段水环境参数的变化

以湘江长沙段5个监测断面9个检测项目的实测数据为依据,运用综合指数法、污染物分担率以及营养状态综合指数法,分析了湘江长沙综合枢纽蓄水初期长沙段水环境参数的变化。结果表明:从总体上讲,长沙综合枢纽蓄水初期,长沙段5个监测断面水体的氨氮、高锰酸盐、总磷(营养物质)、挥发酚、石油类(有机毒物)镉、砷、汞、铅(重金属)9项综合污染指数等级、污染物分担率,以及营养物含量等级在时空尺度上均呈不同程度的下降趋势,其中以重金属污染指数下降趋势最明显。改善长沙段水环境质量的主要原因是:1长沙经济结构的优化与调整;2长沙综合枢纽建设与库区长沙段治污工程建设同步;3长沙综合枢纽蓄水功能,当水库蓄至正常水位时,一方面使库区长沙段年最低水位上升约1.5 m;另一方面使库区长沙、湘潭、株洲三江段分别较多年平均水位抬高4~6m、2~4m、1~2m,如此增加了长沙段水量,从而对水体污染物起到一定的稀释、降解与输移作用。     

武汉城市湖泊水环境现状及综合整治途径

近十几年来,随着人口的增长,现代工业和农业的发展,湖泊的老化过程受到人类活动的影响而大大加速。过量营养物质的富集,使水体产生了一系列的变化。结合武汉市湖泊水环境现状分析,指出了武汉市湖泊当前存在的三个突出的问题,即污染严重、湖泊萎缩和水量锐减、湖泊生态系统遭破坏。在此基础上,提出了一套适合武汉湖泊整治的综合途径,具体包括以下四个方面的内容：①管理组织模式与政策法规;②提高工程的科技含量,重点实施湖泊生态修复工程;③发展水经济,形成新的产业增长点;④加强水文化建设,提高市民的环保意识。武汉市湖泊水环境作为修复对象,由此形成的适于国内城市严重富营养景观水体整治的技术和管理体系,具有十分重要的现实意义和推广应用价值。