3S技术在水质监测中的应用浅谈

摘要:3S技术以其实时、快速的分析能力,动态仿真能力与强大的空间信息分析与管理能力广泛应用于环境监测领域的各个方面,尤其是在水质监测。在河流水质监测领域,3S技术应用于河流泥沙、富营养化、工业污染和水体热污染等领域。在海洋水体监测方面,3S技术应用于河口泥沙规律研究、海水监测、海温监测、海况监测、海洋初级生产力及渔场监测、海洋污染监测等方面。  
关键词: 3S技术   环境监测    水质监测    
引言:在环境监测领域,将传统的环境监测技术与现代信息技术有机结合 , 是
当前城市环境监测研究的重要手段之一]
1[。而环境监测从单一的环境分析发展到物理监测、生物监测、生态监测、遥感、卫星监测,监测范围从一个断面发展到
一个城市、一个区域、整个国家乃**全球]
2[。也迫切需要引进一种先进的分析技术。而3S技术的产生于发展,为环境监测由微观的转变创造了条件,实现了信息从静态到动态的转变
]
3[。例如Lathrop等利用Land-sat25的TM数据评价了
Green弯和Central湖的水质变化情况]
4[;Lavery P 等利用遥感技术的Land-sat
图像分析水质达到监测的目的
]
5[;陈群等利用TM数据建立了估算叶绿素a浓度
的模型等]
6[。一些学者运用3S技术与环境监测技术相结合的方法对某些流域的额总氮、总磷、颗粒态磷和可溶性磷的监测]
9~7[。 
1  “3S”技术 
3S技术是指地理信息系统技术(GIS)、遥感(RS)、和全球卫星定位系统(GPS)。是一种空间信息获取、存储、跟新、分析和应用的关键技术]
10[。在
实际的环境监测应用中,GPS主要用于实时、快速地提供目标地、物理坐标、为获取的空间及属性信息提供准确或实时的地理位置及地面高程模型]
11[。RS是环境研究的主要信息来源,一般通过遥感图像来实现。遥感图像是地面景观物体按照一定比例尺缩小了的立体模型,真实、客观、连续地记录了地表物体的总体与个体的信息特征。随着RS处理技术的进步和虚拟现实技术的不断发展,还可实现动态仿真,提高调查效率与环境监测精度]
12[。在环境监测中,GIS强大的空间信息管理与分析功能是进行区域环境和资源动态分析,建立动态数据库的**佳手段,是综合处理与分析多源时空数据的理想平台。GIS能通过对多源的信息综合、复合图像处理及其三维图像显示技术的综合应用,把现实生活中的种种信息与反映地理位置的图形信息有机地结合在一起。在实地监测及模型模拟的情况下,GIS还可以迅速地完成多维、多元复合分析,能使我们快速分析出某一特定区域环境的综合信息,为生态环境的专题研究、规划和其他与之相关的决策提供了一套强有力的信息处理工具。 2  3S技术在水环境监测的应用遥感监测水质参数的原理主要是被污染或含有某种物质的水体具有独特而区别于洁净水体的光谱特征。诸如水中悬浮物、藻类、化学物质、溶解性有机物等水体组分,因影响光的反射、吸收和后向散射而在遥感图像上反映出来,从而我们可以根据其在图像上的反映推断出水体的水质参数
]
13[。 
例如:城在城市水环境监测中。废水由于水色与悬浮物千差万别,故特征曲线上的反向峰位置和强度也不大一样。对废水污染一般用多光谱合成图像进行监测,结合GIS中的城市基本图件还可对城市废水的扩散进行研究。此外,系统综合利用RS、GPS及常规监测技术,以GIS为信息处理平台,还可实现对城市水域分布变化和水体沼泽化、水体富营养化、泥沙污染等进行监测
]
14[。 
施建强]
15[以太湖流域的多源水环境监测信息为对象,以 GIS 和 Visual Basic 为工具,运用所收集的大量的基础地理数据,水质专题数据,遥感数据和多媒体数据开发了太湖水环境监测信息管理系统。能够提供实时性强、真实准确的水质参数信息,并能实现快速查询、综合分析等操作,为水环境管理、发展预测、规划决策等提供可靠依据。水环境多源监测信息在地理信息系统中集成并分析,使区域水环境状况的表达和可视化更加直观、快速、实时和有效。 3  3S技术在水质监测中的应用 
  3.1  3S 技术在河流、湖泊水环境监测中的应用 
在河流与湖泊水中,由于清洁水的光吸收能力强,反射率低,使得清洁水与污染水在遥感影像的颜色色调不同。水体总体反射率较低,在波长0.5μm~0. 7μm处相对较高,0. 7μm之后由于水体红外光吸收严重,反射率很低。对于水域分布变化,选用1. 55μm~1. 75μm的多时域影像为宜。沼泽化在多时域图像上反映为水体面积缩小,从水体向边缘呈规律变化,显示出程度不同的植被特征
]
16[。  
当水体中泥沙含量增加会使水的反射率提高。随着水中悬浮泥沙浓度的增加及悬粒径增加,水体反射量也逐渐增加,反射峰亦随之向长波方向移动,即红移。由于水体在0. 93μm~1. 13μm附近对红外辐射吸收强烈,因而反射通量降低,受水分瑞利散射效应干扰,不适宜作为悬浮泥沙浓度的判定波段。定量判读悬浮泥沙浓度的**佳波段为0. 65μm~0. 85μm