基于遥感的沭河临沂段氮磷污染物时空分布特征研究

发布时间：2020-07-16 17:37

【摘要】：氮磷污染物是衡量水环境质量的重要指标,与水体富营养化和水生生物平衡密切相关。近年来,国家针对严重污染的河流水体开展了一系列整治行动,全国水环境得到了显著的改善。但形势依旧不容乐观,氮磷污染问题仍然是河流水污染防治的重点。水质监测是水质评价与水污染防治的主要依据。相比常规的水质监测方法,遥感监测技术具有宏观、快速和成本低等优势,不仅可以进行长时间连续的监测,还可以发现一些常规方法难以揭示的污染源和污染物迁移特征。因此,应用遥感技术监测大范围流域水体中的氮磷浓度,对研究其水质时空变化特征具有重要的实用价值。沭河临沂段是临沂市工农业生产及人民生活用水的主要供水水源,其水质好坏直接关系到临沂市经济的可持续发展和人民的健康生活。随着临沂市工农业进程加快,市区内污废水排放量增大,流域水体氮磷超标情况时常发生,影响着临沂市的生态文明建设。本文以大范围流域的沭河临沂段为研究区,综合利用了研究区2014年1月~2017年5月水质例行监测数据和25幅Landsat-8 OLI卫星遥感影像,采用线性回归方法建立了多光谱遥感数据波段反射率与氨氮(NH_3-N)和总磷(TP)地面实测数据之间的回归模型;对沭河临沂段NH_3-N和TP浓度进行了遥感监测和反演,并分析其时空分布特征,揭示了污染物变化趋势及主要的污染源。为后续沭河临沂段水环境治理提供了理论依据。研究的主要内容和成果如下:(1)在详细分析研究区自然地理概况和水环境概况基础上,对获取的沭河临沂段2014年1月~2017年5月水质例行监测数据进行了处理分析。结果表明,流域NH_3-N和TP浓度存在明显的变异特征,为之后的水质参数遥感反演提供了背景支持;对25幅Landsat-8 OLI卫星遥感影像进行了预处理分析,主要包括几何校正、辐射定标和大气校正,并利用改进的归一化差异水体指数(MNDWI)提取了沭河临沂段的水体信息。(2)综合利用水质例行监测数据和多光谱数据构建了沭河临沂段NH_3-N和TP浓度遥感反演模型,并采用实测数据对建立的反演模型的精度进行检验。结果表明,波段比值R/G和NIR/G与NH_3-N和TP浓度实测值相关性最高,相关系数r分别为0.835和0.833;采用线性回归方法建立的NH_3-N和TP浓度最佳反演模型,拟合系数R~2分别为0.6589和0.7189;经实测数据检验,NH_3-N浓度遥感反演模型平均相对误差为17.04%,均方根误差RMSE=12.27%,TP浓度遥感反演模型平均相对误差为18.74%,均方根误差RMSE=2.93%。说明建立的NH_3-N和TP遥感反演模型基本满足水质遥感监测的要求。(3)综合利用ENVI和ArcGIS软件对建立的NH_3-N和TP模型进行反演,并分析其时空分布特征,揭示了污染物变化情况及主要的污染源。结果表明,2014~2017年NH_3-N和TP浓度呈总体下降趋势,并随季节呈现不同的变化特征;NH_3-N和TP浓度空间分布特征基本一致,流域上游、下游和各监测站点附近水体的NH_3-N和TP浓度明显高于其他河段,且在种植时节期间,监测站点附近水体NH_3-N和TP浓度均存在局部升高现象;从污染物变化趋势来看,农业面源污染和河道内源污染逐渐取代生活污水、工业废水等点源污染,成为沭河临沂段氮磷污染主要的影响因素,应引起足够的重视。
【学位授予单位】：青岛理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52
【图文】：

示意图,水体,电磁辐射,散射光

青岛理工大学工学硕士学位论文基本原理感的主要目的是识别地物，其机理在于不同地物具有不同的光谱特感监测的理论依据是基于不同组分的水体具有不同的波段反射曲线分发生变化时，水体的反射曲线也相应发生变化[13, 14]。电磁辐射与示意图见图 1-1。

概况,地理位置,企业污染,临沂市

图 2-1 研究区地理位置概况图质量概况段是临沂市工农业生产及人民生活用水的主要供水水流较多，常年黑臭的内河污水通过支流汇入沭河流域较为严重的污染[74]。多年来，工业结构性污染尚未从工艺设备比较落后，技术水平较低，造成企业污染反

监测断面,位置图,卫星遥感数据,水质遥感

19图 2-2 监测断面位置图数据于卫星遥感数据源分析可知，无论从成本还是易具实用性。其中 Landsat 系列卫星因其具备较高的累，成为了水质遥感研究中应用最多的卫星遥感at-8 OLI 作为本次研究所需的卫星遥感数据。作源，除了保留原有卫星的优点外，还做了部分的改信息见表 2-2。

【参考文献】