摘要  随着航空航天技术的发展，遥感技术越来越多地应用于城市信息的分析研究，例如在土地利用、城镇布局规划、交通、绿化以及环境监测等方面。遥感技术在环境污染监测方面的应用更加体现了它的优越性，即具有可行、便捷、实效的特点。该文利用遥感信息的空间性、现势性、时相性特征，解译了3张不同时段苏州河的彩色红外遥感影像和热红外遥感影像的信息，分析了苏州河水体污染的状况和历史原因。研究表明：在20世纪70年代苏州河水体环境良好，到80年代由于沿河居住人口的急剧增加和工业的过度发展而影响了苏州河的水质。90年代，由于人们环保意识的提高以及沿河工厂码头的迁移，苏州河的治理已经取得了明显的成效。

 关键词:  遥感技术 环境监测 苏州河水体污染

1        引言

 随着科学技术的发展以及航空、航天技术的深入，遥感技术已经越来越多地应用于城市信息的分析研究。遥感技术在环境污染监测方面的应用,具有监测范围广、速度快、成本低、且便于进行长期动态监测等优点，是实现宏观、快速、连续、动态地监测环境污染的有效高新技术手段。

 本文着重介绍应用于环境污染监测中反映水体污染源的彩色红外影像及热红外影像的信息特征。并以上海市苏州河为例，通过对3个不同时相的航空遥感影像的解译分析，清楚地得到了苏州河水体污染的动态状况。同时通过有关资料查证得出，影响苏州河水体污染的主要原因是城市人口的生活污水排放和沿河工业带的急剧发展。

    当前，遥感技术与地理信息系统（GIS）、全球定位系统（GPS）的结合应用日趋成熟。通过GIS地图分析可以精确地判读出城市水体污染的动态信息，起到了时时监控的效果，并确保了监控的真实性，从而对苏州河治理工程决策的正确性、及时性起到了至关重要的作用。基于遥感技术和GIS分析系统的应用，就能帮助管理决策者更好地分析和确定宏观工程问题，并作出及时有效的决策去解决它们。

2        利用遥感技术进行水体污染监测的研究

2^.1  污染水体的反射光谱特征

对水体的遥感监测是以污染水与洁净水的反射光谱性能对比研究为基础的。总的看来，清洁水体反射率比较低，水体对光有较强的吸收性能，而较强的分子散射性仅存在于光谱区较短的波段上。故在一般遥感影像上，水体表现为深色调，在红外波段上尤其明显。水中悬浮物微粒会对入射进水里的光发生散射和反射，增大了水体的反射率。悬浮物含量增加，水体反射率也变大。水体里浮游植物大量繁殖是水体富营养化的显著标志。由于浮游植物体内含的叶绿素对可见光和近红外光波段具有特殊的“陡坡效应”，使得那些浮游植物含量大的水体,兼有水体和植物的反射光谱特征。随着浮游植物含量的增高，其光谱曲线与绿色植物的反射光谱越近似。

    石油污染是一种常见的水体污染现象。水体里污油浓度越高，散射光就越强。城市大量排放的工业废水和生活污水中带有许多有机物，它们在分解时耗去大量溶解氧，造成水体发黑发臭。在遥感影像上，这些水体的反射率都很低，呈现为深黑色条带状^[1～2]。

2^.2  应用彩色红外影像监测水体污染信息

2.2.1 污染水的判读标志

一般而言，可见光黑白影像记录水体的反射光谱信息,是依靠灰度特征表示的。而彩色影像通过丰富的色彩、明亮度和饱和度记录水体表面的各种信息，能突出表现水面细微的变化。研究表明，应用彩色红外影像监测水体污染状况效果最为理想。

根据在城市地区试验研究的结果，认为1﹕10000比例尺的彩色红外航空像片是比较适用的。识别水体污染的特征标志，包括影像的色彩、污染水体的纹理及其相关的辅助标志^[1]。

2.2.2 污染物扩散状态的影像特征

    遥感监测视野开阔，对大面积发生的水体扩散过程容易通览全貌，能观察出污染物的排放源、扩散方向、影响范围以及与清洁水混合稀释等信息，从而查明污染物的来龙去脉，为研究人员水样监测的布点提供依据。污染水体在彩色红外影像上平面展布的图形特征，会受到排放源作用力和水体动力合成的影响。它的扩散形态可以作为识别水动力特点的标志^[1～3]。

    (1)  静态水中污染物的扩散

    在水流静止的环境里，污染物的排放都以排污口为中心成半圆形均匀地向外扩散，它在彩色影像上的几何形态非常明显。当排放口污水数量很大，污水流速很快时，则在平面上展布为扇状或喇叭状。

    (2)  流动水中污水的扩散

    由于受河水动力作用，从排污口排放的污水向下游顺水流方向扩散并在平面上展开，且很快与河水掺混发生稀释作用，故在彩色红外影像上还可以观察到水流的动力特点。

    (3)  河口海湾内污水的扩散

    在河口海湾地区，当污染水体注入时，由于受潮汐运动的影响，污染物随水流漂浮移动，运动方向与潮汐推移方向相同。海洋潮汐每天周期性地发生涨落，污染物运动方向也相应发生改变，在彩色红外影像上展布的形态也表现出不同图案。在发生涌潮时，排污口污水呈现连续的一片；一旦退潮，污水与排污口失去联系，形成了脱离污染源的离岸孤立的混浊水体。

2.2.3 水质监测的影像指示物

    利用彩色红外像片监测水质污染，除了上述影像色彩特征外，还可以凭借指示物发现隐蔽的污染物排放源，查明那些用肉眼不能直接观察到的污染物。实践证明，水中的悬浮泥沙和浮游植物可以作为判读指示物^[2～4]。

    (1)  悬浮泥沙在水污染监测中的指示作用

    水中的泥沙微粒，是许多污染物强有力的吸附物。例如重金属离子、农药和杀虫剂，排放进入水体后大部分依附在悬浮泥沙上。所以在彩色红外图像上通过对悬浮泥沙的判读分析，可以追踪重金属等污染物的行迹。对于堆放在池塘边的垃圾对水环境的影响，可在彩色红外像片上看到因受到水浸泡而向水中扩散的黑色羽流。

    (2)  浮游植物在水污染监测中的指示作用

    浮游植物具有叶绿素反射光谱的“陡坡效应”，在彩色红外像片上能呈现红色色调而易于识别。利用水体中浮游植物可以追踪到污染物的排放源。在天津海河，曾从彩色红外像片上发现呈紫红色的条带状的浮游植物蜿蜒伸展，经研究是与纺纱厂的污水排放有关系，从而查明了这个从不被注意的排污口^[6]。

2.3 应用红外遥感监测水污染

2.3.1 监测热污染

    热红外扫描图像主要反映目标的热辐射信息，对监测工厂的热水排放造成的污染很有效。无论白天、黑夜，在热红外像片上热水排放口的位置、排放热水的分布范围和扩散状态都十分明显，水温的差异在像片上也能识别出来。因而利用热红外遥感影像能有效地探测到水污染的排放源。

    例如，利用多时相的热红外图像，并结合地面观测，有关部门分析研究了海河全线79km的热污染状况。查明热污染源有23个，热水排放口达40多个，热水总排放量约8.5×10⁸t/a，并划分出了无热污染、轻度热污染、中度热污染、重度热污染和严重热污染河段^[4～5]。

2.3.2 监测油污染

    未污染的海水与水面上的油膜，由于两者的辐射发射率（即比辐射率）不同，即使它们在相同的温度下，辐射温度也不相同。应用红外扫描仪进行航空遥感监测，就能测出它们辐射温度的差值，从而显示出海面油污染分布的情况。在夜晚拍摄的热红外图像上，船舶翻起的浪花呈现出较浅的色调显示，像片上呈现出白色条带，而排油的地方则呈现出黑色条带。根据油膜的厚薄在像片上表现为灰阶的不同，可以计算出油膜覆盖的面积和数量。

    表2是由美国石油学会分析得出的不同油膜颜色和状态与油膜的厚度和单位面积上油量之间的关系。可以用这种相关性对海面油膜进行半定量的分析和研究^[2～5]。

2.4 水质的遥感定量监测

2.4.1将水面反射光谱测量结果与水质参数进行回归分析，建立某一谱段上光谱反射率与某些水质参数的函数关系式。例如，在长春地区，曾求得在0.65～0.85µm谱段，水体积分反射率P_Δλ与悬浮泥沙浓度C之间的数学表达式为：P_Δλ＝0.628C^0.53

3  应用实例

应用遥感技术监测城市水体污染状况是一种行之有效的手段.

通过与80年代苏州河河口遥感图像资料的对比可以发现，90年代苏州河的水体质量已有所改善，苏州河水体颜色与黄浦江水体颜色的对比已没有80年代那么明显了。这主要是在这10多年中市政府加大了整治力度，苏州河沿岸的工厂、码头相继搬离与拆迁，居住人口的环保意识也在不断提高，使得苏州河水质得到了改善，在逐渐地变清。当然，从图4中，可以看出20世纪90年代的苏州河水体质量还是不容乐观的。由于在80年代水质的严重恶化，使得苏州河要经过较长一段时间的治理，才能基本达到20世纪70年代以前的水质水平。

4  结语

4.1 遥感技术在环境污染监测方面的应用，具有监测范围广、速度快、成本低、且便于进行长期动态监测等优点，是实现宏观、快速、连续、动态地监测环境污染的有效高新技术手段。

4.2 通过对苏州河3个不同时相的遥感影像资料的比较分析，可在宏观上了解到：苏州河在20世纪70年代水体环境良好；到20世纪80年代，由于沿河居住人口的急剧增加和工业的过度发展而影响了苏州河的水质；至20世纪90年代，由于人们环保意识的提高及工厂的迁移，苏州河的治理已经取得了明显的成效。这些分析结果可以为城市环境监测等部门提供决策依据。

4.3 在现有的基础上，要进一步加强对苏州河的综合整治。虽然对苏州河的治理目前已实现了阶段性的目标：苏州河水由黑逐步变清，臭味逐步消失。鱼类在河中出现了，水生生物已经增加到20多种。而且现在行走在苏州河两岸，感觉干净多了。但还未从根本上解决所有问题。因此，仍需要管理部门加大力度、持之以恒，使苏州河的全部整治目标实现。

5  参考文献

1  郑威，陈述彭. 资源遥感纲要. 北京: 中国科学技术出版,1995.

2  宋永昌，由文辉，王祥荣. 城市生态学. 上海: 华东师范大学出版社, 1998.

3  遥感概论编写组. 遥感概论（第二版）.北京: 高等教育出版社,1995 .

4  中国科学院遥感联合中心编. 航空遥感实用系统与应用. 北京: 北京能源出版社,1989.

5  国家遥感中心编. 第二代资源卫星的应用. 北京: 北京测绘出版社,1989.

6  王长耀. 彩色红外航空遥感技术在天津市土地资源调查中的应用. 北京: 北京测绘出版社, 1990.

作者姚  俊，男，1982年生，现为华东师范大学在读学士本科生。