地表水环境遥感监测关键技术与系统

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NO.02 2020

地表水环境遥感监测关键技术与系统

高尚赞

（山东省菏泽生态环境监测中心，山东 菏泽 274000）

在各类遥感图像当中地表水环境的各类信息反映的最为明显，通过遥感监测能够获取水体、水系、土壤摘 要：

含水率、植被、作物等与水环境有关的多种信息内容。将遥感监测技术用于地表水环境研究是非常适宜的，而地表水环境变化主要通过色调进行判断，还能结合纹理、形态等进行判读。文章阐述了地表水环境遥感监测工作的作用，分析了地表水环境遥感监测过程中的关键性技术与系统。

地表水环境；遥感监测；作用；关键性技术；系统构建关键词：

一般情况下，地表水水体在遥感系统影像中处于低灰阶区域，整体的像元亮度相对偏低，且变化范围较窄，多为黑、灰色，对于水体内部所包含的信息显示较少，给地表水环境调查工作带来了一定难度。但是，在特定情况下，地表水体色调会发生显著变化，如：结冰、污染等。因此，可以通过遥感监测技术对地表水环境进行有效监测，实现对水环境的监督管理。

1 地表水环境遥感监测工作的作用

当前环境问题日渐增多，地表水污染问题越来越严重。特别是在一些区域，地表水遭受多种污染，加之部分工矿企2.2 深基坑变形的影响因素和处理对策

造成深基坑变形的影响因素有很多，例如，深基坑工程施工现场的土体力学特性、地质水文条件以及气候等环境要素，深基坑工程的形状结构、开挖深度以及宽度等，以及深基坑工程所采取支护结构型式和施工技术工艺等，都有可能造成深基坑出现变形问题。因此，施工单位应加强对施工现场的勘测，准确掌握其水文地质特点、气候变化以及土体特性等，并根据变形监测结果来合理选择深基坑的支护形式和施工工艺，保证深基坑的稳定性。3 深基坑变形规律

3.1 深基坑开挖阶段变形规律

首先在深基坑工程的开挖施工过程中，相关的地下管线设施会出现比较明显的沉降变形，且其基坑和管线设施之间的距离将直接关系到沉降量的大小。随着二者间距的增加，所产生的沉降也愈加明显。同时管线设施所在区域的水文地质条件以及环境因素也会对沉降量产生较大的影响。而深基坑围护结构的位移变形则与开挖的深度密切相关，当开挖深度在0.5~1 m时，位移变形量达到最大值。而深基坑围护结构的支撑轴力一般会随着开挖深度的加大而增加，并在开挖深度为0.5~1 m左右时达到最大值。当开挖深度进一步增加时，支承轴力的增幅将缩小，并直至保持在一个相对稳定的数值水平上。

3.2 深基坑地下结构施工阶段变形规律

当深基坑工程进入地下结构施工阶段后，虽然相关管线设施仍会在基础底板到完成顶板施工过程中产生明显的沉降，不过其沉降量小于开挖阶段。当完成地下结构的封顶

作者简介：李瑞星，助理工程师，研究方向为测绘工程。

沈阳建筑大学，2017.

[2] 樊飞.考虑空间效应的深基坑变形监测及规律分析[D].保定：河

北大学，2016.

[3] 杨哲.深基坑变形监测及变形规律的分析[J].低碳世界，2016（15）：68-69.

业污水处理不及时，水资源分布不均衡，都严重影响和制约了社会的快速发展，需要采取有效措施对地表水环境进行保护，建立完善的地表水监测管理制度，而地表水环境遥感监测技术作为当前较为先进的技术手段，必须掌握其关键技术措施，才能推动其更深入地应用到日常工作过程中去，实现对地表水环境的常态化巡查[1] 。

2 地表水环境遥感监测过程中的关键性技术与系统

根据地表水环境遥感监测相关的方法、模型，设计相应的遥感监测体系，其中包含对于水质参数、污染状况、水体状况等方面的相关内容。其中水体状况需要通过地表水遥施工后，其沉降变化幅度不断缩小，并最终达到一个相对稳定的状态。同时深基坑工程的围护墙顶则在此期间保持平缓的变化趋势，围护墙体在此阶段会产生相对平缓的水平位移变形，并逐步达到稳定状态。此外，在深基坑施工过程中如果能够采取有效的止水措施，就不会造成地下水位的明显变化。4 结语

在现代高层建筑的建设中，深基坑工程的施工质量是保证建筑整体结构安全的重要基础，因此，在深基坑施工过程中必须积极应用先进的变形监测技术，加强对深基坑开挖、支护结构施工以及地下结构施工中的变形监测。监测人员应根据监测内容的不同选择相应的监测方法，同时要根据深基坑变形机理来分析造成深基坑变形的主要因素，并采取相应的控制措施。此外，监测人员还要注意对监测数据的分析，准确把握变形的客观规律，从而为保证深基坑的施工安全提供准确的参考依据。

参考文献

[1] 于大鹏.深基坑桩锚式围护结构优化设计与监测研究[D].沈阳：

感图像进行有效的预处理；水质参数反演利用预处理的遥感图像反演水质参数；污染信息提取水体污染物分布；报告生产将水质参数和水体污染物等信息形成图表内容，构成面向环境监测业务的专题报告。2.1 水体分布提取

地表水环境遥感监测期间的首要任务就是水体分布提取工作，为后续水体污染区域界限划分提供相应信息。根据水体在短波红外波段、近红外波段的反射效率较低的特征，可以将该区域的波段综合分析形成水体特征光谱指数模型，然后在模型当中获取归一化水体指数、归一化植被指数、自动化水体指数、改进型归一化水体指数，据此开展阈值分割，以便更好地提取水体信息。在此过程中，因外部大气、光照、气候、观测角度及方法、下垫面性质等多种类型参数的差异，其各个最佳阈值变化范围较宽，要确定适宜不同水体、图像的阈值，难度是非常大的，即便利用计算机自动进行水体分布提取，其复杂程度也很高，且提取效果不稳定，严重影响这种方式的大范围应用[2]。

为解决此类问题，可以对这种方式进行简化、改进，以便降低计算方式方法的困难程度；可以结合水体光谱指数获取有效的水体分布信息参数，或者借助经验边界来代替有关信息，对粗提取区域进行扩展，选择有效的区域，根据限定研究范围的方式提升阈值方面的整体稳定性。因经验阈值限定阈值始终处于合理区域，对阈值区间包含的所有水体光谱指数进行有效搜索，以便得到阈值精确、最优的范围来对水体相关参数进行提取。遥感监测数据中只要出现水体指数波段计算即可采用此类方法获取水体分布信息，并可以有效规避空间分辨率的不利影响。2.2 水体基础参数的遥感监测

地表水体的水位、面积是重要的基础参数，传统模式下需要进行现场观测才能获取。但是受多种因素影响，不少区域无法开展实地观测，造成各类基础参数无法准确获取。随着近年来高分卫星的发射，以及遥感监测技术的发展，可以充分利用遥感监测体系获取地表水环境的基础参数，并保存各类卫星监测数据。而地表水体的水量变化情况是掌握水量平衡的重要基础，针对各类地表水环境的水量变化估算需要更为精准的数据予以参照，而遥感监测系统能够对多个水体进行长期的序列面积变化监测，从而掌握水体变化趋势[3]

。

2.3 水体水质参数的遥感监测

叶绿素a浓度可以将水体藻类生物、浮游植物总量进行反馈，同时叶绿素a也是评价水体营养状态的色素类型。地表水环境光学特性涉及因素较多，会受到区域、环境、季节等因素的影响，甚至同一水体在不同区域、季节、环境条件下的光学特性也存在差异。由于相应的光学特性较为复杂，地表水环境无法建立同一的模型来反演水体组分浓度，为解决此类问题，需要借助多种分类反演模型，针对不同类型水体进行反演推算，以便减小对水体组分空间分布渐变特征的影响。反演法精度高、稳定性强、边界较为平滑，对不同类型水体的反演算法进行优化，借助最优算法加权融合，进而避免边界两侧因不同算法造成的数值跳跃问题。

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对于水体悬浮物的浓度，其浓度的遥感监测需要对水体当中的固体不溶解物质进行分析，悬浮物浓度决定了水体透明度、颜色等光学性质，会对水体初级生产力产生影响。对水体悬浮物浓度进行反演主要是基于经验、半解析等方式方法，通过遥感监测获取地面水环境的光学特性数据，借助生物光学模型变形推导获取所需的相应信息。2.4 水体营养状态的遥感监测

水环境中所含有的营养物质会逐步增长，为藻类等水生生物提供繁殖、生长条件，严重者会出现破坏水体生态、功能的情景就是水体的富营养化。地表水环境水体富营养化是影响水环境的广泛问题之一。通过遥感获取水体水质参数，对水体富营养化进行评价，但是这种方式受限于时空条件，无法对大范围的地表水环境进行监测。为克服此类问题，可以利用水体颜色信息对大范围地表水环境状态进行评价。由于水体颜色是阳光与水中物质相互作用的表现，且与各水色组分要素的散射、吸收作用密切，可以有效指示区域水体水质特征，而且水色指数遥感获取受到大气环境影响较为显著，需要借助不同传感器进行转换，根据一定范围、时间的水体监测工作中具有良好的优势 。2.5 水体透明度的遥感监测

水体浑浊程度就是通过水体透明度进行表明的。一般情况下，现场监测人员可以通过塞氏盘法进行监测。具体来说，就是在水面将黑白相间的塞氏盘缓慢沉入水底，直至塞氏盘消失，此时水面至塞氏盘的垂直深度即为水体透明度，也可以称为塞氏盘深度。可以借助经验或半经验模型对水体透明度进行反演，但是对于大范围水体来说，半分析模型反演存在一定的不确定性，经验和半经验模型的精度差别较大。而针对此类问题，可以经研究构建相应的水体透明度估算模型，然后分析各类地表水环境区域的透明度空间分布状况，以及其总体变化的趋势。3 结语

当前，我国地表水监测技术利用遥感监测的技术手段仍旧相对初级，部分机构设备不完善，而在对地表水进行遥感监测的过程中，需要使用相应的仪器进行监测、分析，才能对地表水环境进行全面掌握。因此，需要充分掌握地表水环境遥感监测技术，充分利用多种感数据完善和拓展地表水环境遥感监测工作，形成共享、开放的地表水环境遥感监测体系，为后续社会、经济可持续发展提供便利条件。

参考文献

[1] 张劲松，杨希，邱致刚，等.地表水水质监测站最佳取水点精准

定位方法研究[J].环境科学与管理，2019，44（7）：143-146.[2] 郑钦文.环境检测中地表水监测的现状与进展探讨[J].环境与发

展，2018，30（8）：138-139.

[3] 张润科.基于遥感技术的水库蓄水量监测与变化修正[J].测绘标准

化，2018，34（2）：44-48.

作者简介：高尚赞，工程师，研究方向为环境监测。