基于卫星遥感影像的成都市黑臭水监测研究.pdf
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1、第42 卷第5期2023年10 月水环境四川环境SICHUAN ENVIRONMENTVol.42,No.5October 2023D0I:10.14034/ki.schj.2023.05.021基于卫星遥感影像的成都市黑臭水监测研究胡澄宇1.2.3,张元军1.2.3,杜欢3,Lim HweeSan?(1.四川水利职业技术学院,成都6 112 31;2.马来西亚理科大学物理学院,马来西亚槟城118 0 0;3.四川水利创新发展研究院,成都6 112 31)摘要:近年来,城市黑臭水体的治理是我国水环境保护的主要工作之一,大量的城市黑臭水体需要进行识别与监测。成都市的黑臭水体的监测研究以成都市主城
2、区为研究区域,利用高分2 号卫星遥感影像数据,在进行采样点的选取后,解析其正常水体和黑臭水体的光谱特征,并根据成都市黑臭水体的光谱特征选取了适宜的黑臭水识别模型,在黑臭水的识别指数上建立了归一化的黑臭水监测指数(BMI),用于黑臭水体的长期监测。结果表明:经过模型计算结果对比,WCI指数模型的识别精度最高、具有较好的一致性,所以其更适宜成都市黑臭水体的识别。经过对2 0 15年、2017年的黑臭水监测指数BMI的对比分析,加以成都市水务局的黑臭水治理报告验证,BMI监测指数具有较好的趋势一致性,能对黑臭水监测起到一定的判断作用。黑臭水的卫星遥感监测能提高工作效率,并能长时间地对城市黑臭水体进行
3、动态监测。关键词:成都;城市黑臭水体;高分2 号;卫星遥感;黑臭水监测指数(BMI)中图分类号:X87Study on Black-Odor Water Monitoring in Chengdu City Based on Satellite Remote Sensing ImagesHU Cheng.-yu-,ZHANC Yuan-jum2,DU Huan,im Hwee San(1.Sichuan Water Conservancy Vocational College,Chengdu 611231,China;2.School of Physics,Universiti Sains M
4、alaysia,Penang 11800,Malaysia;3.Sichuan Institute of Water Resources Innovation&Development,Chengdu 611231,China)Abstract:In recent years,the management of urban black-odor water bodies is one of the main work of water environmentalprotection in China,and a large number of urban black-odor water bod
5、ies need to be identified and monitored.The study on themonitoring of black-odor water bodies in Chengdu takes the main urban area of Chengdu as the study area,used the remotesensing image data of GF-2 satellite,after the selection of sampling points,analyzed the spectral characteristics of normal w
6、aterbodies and black-odor water bodies,selected an appropriate black-odor water identification model according to the spectral char-acteristics of black-odor water bodies in Chengdu,and established a normalized black-odor water monitoring index(BMI)basedon the identification index of black-odor wate
7、r for the long-term monitoring of black-odor water bodies.The results showed that:after comparing four models calculation results,the WCI index model has the highest identification accuracy and betterconsistency,so it is more suitable for the identification of black-odor water bodies in Chengdu.T h
8、r o u g h t h e c o mp a r a t i v eanalysis of the black-odor water monitoring index BMI in 2015 and 2017,and verified by the black-odor water management reportof Chengdu Municipal Water Affairs Bureau,the BMI monitoring index has a good trend consistency and can play a certain role injudging black
9、-odor water monitoring.Sa t e l l i t e r e mo t e s e n s i n g mo n i t o r i n g c a n i mp r o v e w o r k e f f i c i e n c y a n d p r o v i d e d y n a mi cmonitoring of urban black-odor water bodies for a long time.Keywords:Chengdu;urban black-odor water bodies;GF-2;satellite remote sensing;
10、black-odor water monitoring index(BMI)文献标识码:A文章编号:10 0 1-36 44(2 0 2 3)0 5-0 153-0 7收稿日期:2 0 2 2-0 9-2 0基金项目:成都水生态文明建设研究重点基地项目(SST2019-2020-16);四川水利职业技术学院科研项目(KY2021-02)。作者简介:胡澄宇(19 9 2),男,四川内江人,马来西亚理科大学大气遥感专业在读博士研究生,主要从事测绘工程、环境遥感方向研究。154引言黑臭水体是指呈现令人不悦的颜色和(或)散发令人不适气味的水体的统称 1。在城市的发展当中,大量河流因为城市污水排放而转变
11、为黑臭水体 2】,不仅影响城市河流生态,而且极大的影响了市民的正常生活和周边土地的使用,所以黑臭水的防治一直是城市发展建设中的重点项目之一。2015年,国务院颁发的水污染防治行动计划(“水十条”)中提出,到2 0 2 0 年,长江、黄河、珠江、松花江、淮河、海河、辽河等七大重点流域水质优良(达到或优于类)比例总体达到7 0%以上,地级及以上城市建成区黑臭水体均控制在10%以内 3。传统的黑臭水识别和监测主要依靠人工实地进行信息采集,不仅费时费力,而且在时空监测方面效率低下 4。随着遥感技术的发展与成熟,利用高光谱遥感影像对黑臭水进行监测识别成为了研究热点,遥感技术具有简化外业采集工作、高精度、
12、多波段、多时相等特点 5-6 。近年来出现了诸多基于遥感影像识别、监测城市黑臭水的研究成果:李佳琦等 7 利用高分影像进行目视解译,以水体颜色和周边环境对黑臭水进行识别;温爽等 8-9 利用高分二号影像建立了基于色度、饱和度、光谱特征的黑臭水模型,并进行了算法对比,验证了光谱特征模型的高精度;姚月等 10 利用高分影像建立了归一化比值指数(Black and Odorous water index,BOI),并将黑臭水进行了分级;纪纲等!I利用高分影像建立了融合红外波段的黑臭水模型(HCI);李佳琦等 12 利用高分二号影像建立了水体清洁指数(waterclear index,W C I),并
13、对太原市的黑臭水体进行了识别;卢燕南、韩文聪等 13-14 以高分二号影像建立了归一化黑臭水体指数(NDBWI),并在局部区域进行了识别精度验证;胡国庆等 15对单波段阈值法、波段插值法、斜率指数法等黑臭黑臭水体河段起点磨底河蜀辉路桥磨底河二环路与磨底河沿街路口10 4.0 2 9 2 8 8磨底河青羊大道桥四川环境水识别方法进行了对比,并进行了长江芜湖段的黑臭水的动态监测。以上研究都是根据高分影像对黑臭水进行了建模识别,证明了高分影像在黑臭水的识别中是有效的,但诸多的黑臭水模型虽然分别在相应研究区域有着较高的识别率,但黑臭水体形成机制复杂,且受环境影响较大,不同区域的黑臭水体适用何种黑臭水体
14、模型还需要进一步对黑臭水体的光谱特征进行分析,最后选择适宜的黑臭水模型。为了研究适宜成都市黑臭水体的识别模型,并进一步形成用以监测黑臭水的监测模型,本文以成都市为研究区域,通过对成都市内的黑臭水与正常水体的光谱数据分析,选取了以光谱特征建立的BOI指数法、NDBWI指数法、WCI指数法、斜率指数法对成都市黑臭水进行了识别,取最优算法作为成都市黑臭水监测的识别模型。最后,对成都市2015年、2 0 17 年的黑臭水治理情况进行了监测,并提出了归一化黑臭水监测指数(Blackwater Mo-nitorIndex,BM I),用以体现黑臭水的治理情况。1研究材料与方法1.1研究区域概况2015年,
15、城市黑臭水体整治工作指南发布后,成都市共排查黑臭水体共53条 16 ,其中位于主城区的磨底河黑臭河段长度较长,且河道宽度较宽,对周围环境影响较大,所以本文将其选作为成都市城区黑臭水体研究对象,对其进行黑臭水体的采样、监测。经过约两年的连续治理,2 0 17 年,成都市水务局公布了成都市黑臭水体的治理进展,磨底河的黑臭水体均已达到初步成效评估要求 17 。本文选择了成都市主城区的水系范围作为主要研究区域,黑臭水体区域主要位于磨底河,而府河、南河、清水河、沙河等作为正常水体区域为研究提供对比数据。磨底河黑臭段信息见表1,正常水体与黑臭水体空间分布见图1。表1磨底河黑臭水体信息 16 Tab.1In
16、formation of black-odor water in Modi River经度104.0034104.01621342卷纬度终点30.687447二环路与磨底河沿街口104.02928830.680599送仙桥30.682562教育宾馆经度104.043413104.039804纬度30.68059930.66742930.6666935期胡澄宇等:基于卫星遥感影像的成都市黑臭水监测研究104%00东10420东15510440东10460东10480东磨底河非F.0.0.00非F.0.88.00非F.0.0.00沙河清水河府河南河F.0.8.08图例正常水体一河流非F.0.98.
17、00遥感影像来源http:/w w w.k o s m o s-i m a g e.c o m/i n d e x.p h p?m=c o n t e n t&c=i n d e x&a=l i s t s&c a t i d=16 21.2数据来源GF2 遥感卫星搭载有4米分辨率多光谱相机,以及两台高分辨率1米全色相机 18 ,在进行影像融合后能提供高分辨率的多光谱数据,能对绝大多数河道进行遥感分析,GF-2遥感卫星具体参数见表2。本文选取了2 0 15年3月、2 0 17 年12 月类型波段号全色多光谱全色多光谱1多光谱2多光谱3多光谱4黑臭水体F.0.9.00.751.5310400东1
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