張鳳麗¹，楊鋒杰²，萬余慶³
(1.中國科學院上海技術物理所，上海200083；2.山東科技大學地球科學系，山東泰安 271019；
3.中煤航測遙感局遙感應用研究院，陜西西安 710054)

　　摘　要： 通過對西安市護城河及興慶公園污水的監測，定量分析了水體中COD、BOD₅與水體波譜之間的關系，為水體污染的遙感分析與監測提供了理論基礎和方法依據。
　　關鍵詞：水體污染；波譜分析；遙感監測
　　中圖分類號：X832；X87
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)08-0081-03

　　水體中的污染物質(包括懸浮物、可溶性有機物及浮游植物等)會極大地影響水體的反射波譜特征^［1］，一些研究者嘗試著用輻射傳輸模型來預測這些物質的濃度，但這需要了解各種污染物質的光學特性(如對電磁波的吸收和散射等)，但隨著時間和地點的不同各水體污染性質和污染物質含量可能相差很遠，因此這種要求是難以滿足的。回歸預測是環境遙感監測中最常用的方法，藉此通過分析水體波譜特征建立水體反射波譜與BOD₅、COD之間的相關模型，從而實現對水體的遙感監測。

1 波譜理論

　　 典型水體的反射波譜特征曲線如圖1所示。?
　　 由圖1可見，水體在400～500nm范圍內的反射波譜較低，這是由葉綠素-a和黃色 物質的吸收所引起的；在560～590 nm附近的反射曲線增長則是由藻類的低吸收所致；在624nm附近的傾斜則要歸因于藻青蛋白的吸收；在675nm處因葉綠素-a的強烈吸收而導致反射波譜降至最低(只有當葉綠素-a濃度較低時，才會在624、675nm處出現側翼)；而700nm附近的顯著反射峰的成因目前還不是很清楚，可能是由浮游植物體內色素的熒光反應以及藻類的散射和吸收而引起的，但這個峰常被作為葉綠素-a的特征波譜。

　　 國內外利用遙感信息反演水色因子而進行水體監測的方法很多，大部分集中在單因子水色信息的反演上，常用的方法為藍綠波段比值法，即利用水體反射率光譜峰隨著葉綠素濃度的增大從藍波段向綠波段偏移的機理而采用光譜在藍綠波段的比值進行相關分析。

2　試驗部分

2.1　試驗方法
　　分別于2001年6月5日和13日對西安市護城河及興慶公園內的污水進行了波譜測試，測試儀器采用美國ASD公司生產的FieldSpec FR便攜式分光輻射光譜儀，該儀器波長范圍是0.35～2.5μm。?
　　數據獲取時間控制在11:00～13:00，在測量時應避免鏡面反射的發生。此次試驗共分8個試驗點，在進行波譜數據測試的同時于水面以下0～0.5m處取樣進行試驗室內水質分析，主要是進行BOD₅和COD的測定，測試結果見表1。

表1　實驗室對BOD₅及COD的測定結果　　mg/L?

取樣時間 BOD₅ COD 2001-06-05 9.15 31.88 2001-06-05 11.63 42.30 2001-06-05 21.20 70.50 2001-06-13 25.30 91.38 2001-06-13 18.99 75.10 2001-06-13 16.68 84.15 2001-06-13 18.77 97.72 2001-06-13 23.88 106.77

2?2　數據分析?
　 選用400～750 nm波段范圍內的數據進行相關分析。需要對原始數據進行歸一化變換，N(R)=(nr₁／∑ri，nr₂／∑ri，Λ，nrn／∑ri)(這里使用了各波段光譜之平均值，以免變換后的值太小)。?
　　A.Gitelson曾經用R(700)/R(675)的波譜反射比來估算水體內葉綠素-a的含量^［2］，但后來發現該比值可能還會受到懸浮物和黃色物質的散射和吸收的影響，因此SHU Xiaozhou等又利用624nm處的波譜數據對其進行了修正，取得了較為理想的結果^{［3、 4］}，修正后的相關系數可以高達0.98。?
　　 在分析中采用了水體反射波譜在不同波段的比值進行相關分析。

3　結果與討論

3.1　對BOD₅的分析?
　　 回歸分析模型見圖2，預測值與實測值的相關性見圖3。?

　　 由圖2所得的回歸模型為：y=exp(2.00634x+1.63144)。其中y為BOD₅，x為R737/R528。?
　　 由圖3所得的預測值與實測值相關系數為0.826539。?
3.2　對COD的分析?
　　回歸分析模型見圖4，預測值與實測值的相關性見圖5。?

　　 由圖4所得的回歸模型為：y=exp(2.61779x+2.31871)。其中y為COD，x為R₇₂₈/R₅₂₃。?
　　 由圖5所得的預測值與實測值相關系數為0.939580。?

4　結論

　　①水體中的污染物質含量常與某些波段處的反射波譜比值有較好的相關性，而與某一波長原始反射波譜數據的相關性較差。?
　　②污染物質含量與波譜數據的相關性與污染水體的污染性質和污染程度有關。?
　　③利用光譜遙感數據可實現對水體污染物濃度的定量分析和監測，從而為水環境遙感監測提供了借鑒方法。

參考文獻：

　　 ［1］趙冬至.海洋環境污染與災害衛星遙感業務化監測系統研究［J］.遙感信息，1999，(2)：22-24.
［2］Gitelson A,Garbuzov G,Szilagyi F,et al?.Quantitative remote sensing methods f or real-time monitoring of inland water quality［J］.Int J Remoter Sensing,1993，14(7)：1269-1295.
［3］SHU Xiaozhou，KUANG Dingbo.A new algorithm to estimate chlorophy11-a concentrati on from the spectral reflectrance of inland water［J］.Proceedings of SPIE,1998,3502:254-257.
［4］疏小舟，汪駿發，沈鳴明，等.航空成像光譜水質遙感研究［J］.紅外與毫米波學報,2000，(4):273-275.

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　　電　　話：(021)65420850×22217?
　　收稿日期：2001-12-25