基于湖北省12個(gè)中小型湖泊的水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用示范

張 媛，張 琍，陳 楠，黃 丹，望志方

1.湖北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，湖北 武漢 430072 2.江西師范大學(xué)鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330022 3.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079

基于湖北省12個(gè)中小型湖泊的水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用示范

張 媛1，張 琍2，3，陳 楠1，黃 丹1，望志方1

1.湖北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站，湖北 武漢 430072 2.江西師范大學(xué)鄱陽湖濕地與流域研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江西 南昌 330022 3.武漢大學(xué)測(cè)繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079

以《湖北省水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)示范系統(tǒng)》為數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，對(duì)2012—2014年湖北省大東湖水網(wǎng)、梁子湖水系和湯遜湖水系共計(jì)12個(gè)湖泊的水質(zhì)類別以及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別進(jìn)行遙感監(jiān)測(cè)，并對(duì)比實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行精度評(píng)價(jià)。結(jié)果表明：遙感監(jiān)測(cè)的梁子湖、豹澥湖和嚴(yán)西湖水質(zhì)相對(duì)較好，楊春湖、北湖和南湖水質(zhì)相對(duì)較差且富營(yíng)養(yǎng)化狀況較為嚴(yán)重。該系統(tǒng)能很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)優(yōu)良達(dá)標(biāo)湖泊以及富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的識(shí)別。對(duì)示范區(qū)域各湖泊水質(zhì)類別和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別的遙感監(jiān)測(cè)，基本上能滿足業(yè)務(wù)化運(yùn)行的需求。個(gè)別湖泊遙感監(jiān)測(cè)精度較低，主要表現(xiàn)為遙感監(jiān)測(cè)的湖泊水質(zhì)類別和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別均要優(yōu)于實(shí)測(cè)的結(jié)果。系統(tǒng)對(duì)于面積相對(duì)較大的湖泊遙感監(jiān)測(cè)精度更高。

湖北；湖泊；水環(huán)境；遙感

近年來，湖泊水體污染和富營(yíng)養(yǎng)化問題越來越嚴(yán)重，對(duì)人們的日常生活和身體健康造成很大影響，因此快捷準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)湖泊水質(zhì)十分必要。常規(guī)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法耗時(shí)耗力，難以實(shí)現(xiàn)湖泊水質(zhì)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)觀測(cè)，且監(jiān)測(cè)的結(jié)果只能反映局部點(diǎn)范圍內(nèi)的污染情況，不能反映大區(qū)域的污染信息[1]。遙感具有大范圍、多時(shí)相和快速監(jiān)測(cè)的優(yōu)勢(shì)，利用遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)水質(zhì)可以快速、及時(shí)地提供整個(gè)湖泊的水質(zhì)狀況，不僅能提高監(jiān)測(cè)效率并降低監(jiān)測(cè)成本，還可以反映常規(guī)方法難以揭示的污染源和污染物遷移特征[2]，因此國內(nèi)外許多學(xué)者在水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)方面進(jìn)行了大量研究[3-8],并開展了一系列集監(jiān)測(cè)與管理為一體的水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)的研究工作[9-11]。

隨著湖泊資源開發(fā)利用的加劇，湖北省湖泊數(shù)量銳減，面積持續(xù)萎縮，“千湖之省”已不再是擁有湖泊最多的省份[12]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年湖北省現(xiàn)存湖泊面積約為2 706 km2,只有20世紀(jì)50年代的31.7%；面積大于1 km2以上的湖泊為231個(gè)，比20世紀(jì)50年代的679個(gè)減少了一大半[13]。此外，湖泊水質(zhì)現(xiàn)狀也不容樂觀，根據(jù)2013年湖北省環(huán)境保護(hù)廳對(duì)《湖北省首批湖泊保護(hù)名錄》中98個(gè)城中湖泊及82個(gè)水面面積大于5 km2的重點(diǎn)湖泊水域(共180個(gè))的水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果，水質(zhì)劣于Ⅲ類的湖泊平均比例分別為94%和60%，總體為中度污染；富營(yíng)養(yǎng)化的湖泊平均比例為72%[14]。

“湖北省水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)示范系統(tǒng)”以環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星(HJ-1A/1B)CCD影像為主要數(shù)據(jù)源，以湖北省大東湖水網(wǎng)、梁子湖水系和湯遜湖水系共計(jì)12個(gè)湖泊為示范區(qū)域，結(jié)合地面實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)動(dòng)態(tài)地監(jiān)測(cè)湖泊水環(huán)境質(zhì)量，探索對(duì)湖北省湖泊水質(zhì)更有效的監(jiān)測(cè)和管理方式[15]。本文主要對(duì)“湖北省水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)示范系統(tǒng)”的遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，從而為下一步優(yōu)化系統(tǒng)提供改進(jìn)建議，進(jìn)一步挖掘系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)介紹

“湖北省水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)示范系統(tǒng)”由3個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成：遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理與水環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)，水環(huán)境遙感數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)，水環(huán)境遙感可視化子系統(tǒng)。遙感數(shù)據(jù)預(yù)處理與水環(huán)境監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成具體的監(jiān)測(cè)工作，其主要功能模塊如圖1所示。由于原始影像不能直接用于水質(zhì)參數(shù)反演，需要先進(jìn)行地理坐標(biāo)校準(zhǔn)和輻射定標(biāo)等處理，從而生成表達(dá)地物反射率和亮度溫度的中間產(chǎn)品，因此水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)預(yù)處理功能包括輻射定標(biāo)、幾何校正、大氣校正、投影變換、湖區(qū)提取等。水環(huán)境監(jiān)測(cè)功能主要包括水環(huán)境指標(biāo)提取和水環(huán)境評(píng)價(jià)。本系統(tǒng)提供了2種水環(huán)境指標(biāo)提取方法，分別是模型法和分割法。模型法是基于水環(huán)境指標(biāo)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與相關(guān)波段光譜數(shù)據(jù)的最小二乘法擬合得到的反演模型，通過波段間的組合運(yùn)算，反演得到湖區(qū)12個(gè)單項(xiàng)水環(huán)境指標(biāo)，包括五日生化需氧量、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、汞、揮發(fā)酚、鉛、溶解氧、石油類、透明度、葉綠素a、總氮、總磷。分割法是從圖像處理和空間分析的角度進(jìn)行水環(huán)境指標(biāo)反演，通過對(duì)遙感影像進(jìn)行預(yù)處理，并選擇與監(jiān)測(cè)指標(biāo)相關(guān)程度高的波段組合構(gòu)造新的特征影像，采用均值漂移算法對(duì)特征影像進(jìn)行對(duì)象分割，針對(duì)分割后形成的圖斑，進(jìn)行反距離加權(quán)內(nèi)插，得到整個(gè)湖區(qū)的12個(gè)單項(xiàng)水環(huán)境指標(biāo)。

水環(huán)境評(píng)價(jià)主要是根據(jù)環(huán)境保護(hù)部公布的水環(huán)境狀況評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)遙感反演獲得的12個(gè)單項(xiàng)水環(huán)境指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)，包括富營(yíng)養(yǎng)化程度分級(jí)、水質(zhì)分級(jí)和水污染程度分級(jí)。水質(zhì)現(xiàn)狀類別評(píng)價(jià)采用單因子水質(zhì)評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB 3838—2002)》。湖泊富營(yíng)養(yǎng)化評(píng)價(jià)采用綜合營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)法，評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行《地表水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)辦法(試行)》(環(huán)辦[2011]22號(hào))。

2 應(yīng)用示范

2.1 示范區(qū)域

以武漢城市圈大東湖水網(wǎng)、梁子湖水系、湯遜湖水系共計(jì)12個(gè)湖泊為示范區(qū)域來進(jìn)行湖北省水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用示范。大東湖水網(wǎng)是長(zhǎng)江中游最大的城市湖泊水系，以東湖為中心，主要由東湖、沙湖、楊春湖、北湖、嚴(yán)西湖和嚴(yán)東湖等6個(gè)湖泊組成，面積分別約為33、3、0.1、3、13、7 km2；梁子湖水系主要包括梁子湖、豹澥湖、鴨兒湖和保安湖，面積分別約為335、20、8、44 km2，其中梁子湖是湖北省第二大淡水湖；湯遜湖水系主要包括湯遜湖和南湖，面積分別約為45 km2和8 km2。示范區(qū)域各湖泊如圖2所示。

2.2 監(jiān)測(cè)結(jié)果

下載示范區(qū)域各湖泊清晰無云的HJ-1A/1B CCD遙感影像每月各一景，每月監(jiān)測(cè)1次，全年共監(jiān)測(cè)12次。首先在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)遙感數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換、輻射定標(biāo)、幾何校正、大氣校正、投影變換、水域提取等預(yù)處理。然后采用基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)與光譜數(shù)據(jù)的最小二乘法擬合建立的反演模型，反演得到12個(gè)單項(xiàng)水環(huán)境指標(biāo)的分級(jí)圖，并在這些單項(xiàng)指標(biāo)分級(jí)圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最終形成遙感監(jiān)測(cè)水質(zhì)分級(jí)專題圖和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別專題圖，圖3所示分別為梁子湖水系2013年8月水質(zhì)分級(jí)專題圖和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別專題圖。

注：底圖源自中國資源衛(wèi)星應(yīng)用中心網(wǎng)站(http://218.247.138. 121/DSSPlatform/index.html)下載的HJ-1A CCD2遙感影像 (HJ1A-CCD2-457-80-20130809-L20001034709)，影像分辨率30 m， 成像時(shí)間2013年8月9日。下同。圖2 湖北省水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)示范區(qū)域Fig.2 Demonstration area of water environment remote sensing monitoring

圖3 2013年8月梁子湖水系遙感監(jiān)測(cè)水質(zhì)分級(jí)專題圖和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別專題圖Fig.3 Thematic map of water quality classification and nutritional status level monitored by remote sensing of Liangzi lake system in August, 2013

對(duì)2012—2014年示范區(qū)域各湖泊進(jìn)行水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)，每月監(jiān)測(cè)1次，共監(jiān)測(cè)36次。遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：梁子湖水系各湖泊水質(zhì)相對(duì)較好，其中梁子湖、豹澥湖主要為II類水質(zhì)，保安湖、鴨兒湖主要為III類水質(zhì)；除保安湖為輕度富營(yíng)養(yǎng)化外，梁子湖水系各湖泊均未見明顯富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，其中梁子湖以中營(yíng)養(yǎng)化為主，鴨兒湖和豹澥湖以貧營(yíng)養(yǎng)化為主。

大東湖水網(wǎng)各湖泊出現(xiàn)了明顯的富營(yíng)養(yǎng)化現(xiàn)象，其中沙湖、東湖、嚴(yán)東湖以輕度富營(yíng)養(yǎng)化為主；楊春湖和北湖以中度富營(yíng)養(yǎng)化為主；嚴(yán)西湖以中營(yíng)養(yǎng)和輕度富營(yíng)養(yǎng)化為主。大東湖水網(wǎng)各湖泊水質(zhì)狀況參差不齊，其中沙湖和嚴(yán)西湖以II類水體為主，嚴(yán)東湖以III類水體為主，東湖以IV、V類水體為主，楊春和北湖以V類水體為主。

湯遜湖水系中，南湖全湖為劣V類水體，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別為中度富營(yíng)養(yǎng)化；湯遜湖以III類水體為主，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別主要為輕度富營(yíng)養(yǎng)化。

遙感監(jiān)測(cè)的梁子湖、豹澥湖和嚴(yán)西湖水質(zhì)相對(duì)較好；楊春湖、北湖和南湖遙感監(jiān)測(cè)水質(zhì)相對(duì)較差，且富營(yíng)養(yǎng)化狀況較為嚴(yán)重。

對(duì)比2012—2014年的監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，對(duì)示范區(qū)域各湖泊采用遙感方法監(jiān)測(cè)的水質(zhì)類別和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別年際間差異不大。對(duì)各湖泊水質(zhì)類別及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別進(jìn)行季節(jié)性變化分析，梁子湖、保安湖、東湖和湯遜湖等面積相對(duì)較大的湖泊，出現(xiàn)了略微的季節(jié)性變化，表現(xiàn)為第二、三季度水質(zhì)相對(duì)較差、營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別相對(duì)嚴(yán)重，其余湖泊水質(zhì)類別以及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別無明顯季節(jié)性變化。

2.3 精度評(píng)價(jià)

示范區(qū)域各湖泊中，梁子湖有國控監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，保安湖、沙湖、東湖、南湖和湯遜湖有省控監(jiān)測(cè)點(diǎn)位，每月都會(huì)公布實(shí)測(cè)水質(zhì)類別以及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別數(shù)據(jù)。由于當(dāng)前社會(huì)關(guān)注的是水質(zhì)類別以及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別，各單項(xiàng)指標(biāo)值均是用于評(píng)價(jià)水質(zhì)類別以及營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別，單項(xiàng)指標(biāo)只要未超標(biāo)，具體值都不是關(guān)注的重點(diǎn)。因此，以環(huán)境保護(hù)部門公布的上述湖泊2012—2014年實(shí)測(cè)水質(zhì)類別和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別為基礎(chǔ)，對(duì)遙感監(jiān)測(cè)的結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)價(jià)，結(jié)果見表1。

表1 湖北省水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)精度評(píng)價(jià)

從表1可以看出：①2012—2014年，梁子湖各月遙感監(jiān)測(cè)水質(zhì)類別主要以II類為主，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別為中營(yíng)養(yǎng)化，與實(shí)測(cè)結(jié)果一致，監(jiān)測(cè)精度均為100%。沙湖遙感監(jiān)測(cè)水質(zhì)類別為II類，優(yōu)于實(shí)測(cè)的劣V類水體；遙感監(jiān)測(cè)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別為輕度富營(yíng)養(yǎng)化，優(yōu)于實(shí)測(cè)的中度和重度富營(yíng)養(yǎng)化，因此遙感監(jiān)測(cè)的水質(zhì)類別和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別精度較低。②2012—2014年，南湖各月遙感監(jiān)測(cè)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別均為中度富營(yíng)養(yǎng)化，而實(shí)測(cè)營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別以重度富營(yíng)養(yǎng)化為主，部分月份為中度富營(yíng)養(yǎng)化。因此，南湖營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別遙感監(jiān)測(cè)精度不高。③2012年和2013年，保安湖各月遙感監(jiān)測(cè)水質(zhì)類別均為III類，要優(yōu)于部分月份實(shí)測(cè)的IV、V類水體；2012—2014年，湯遜湖各月遙感監(jiān)測(cè)水質(zhì)類別主要為III類，而實(shí)測(cè)水質(zhì)類別以IV、V類為主。因此，保安湖和湯遜湖遙感監(jiān)測(cè)水質(zhì)類別精度較低。

有研究表明，遙感方法對(duì)貧營(yíng)養(yǎng)和腐蝕化的湖泊不適用[16], HJ-1A/1B衛(wèi)星CCD遙感影像在葉綠素含量較高的中小型湖泊水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用潛力還需要進(jìn)一步挖掘[17]，對(duì)于小型內(nèi)陸湖泊水體的遙感監(jiān)測(cè)，需要時(shí)間分辨率、空間分辨率和光譜分辨率更高的傳感器[16-18]。而實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)表明：沙湖為劣V類水體，保安湖和湯遜湖以IV、V類水體為主；沙湖和南湖營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別為中度和重度富營(yíng)養(yǎng)化，因此，遙感監(jiān)測(cè)水質(zhì)類別和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別精度相對(duì)較低。

綜上所述，系統(tǒng)對(duì)示范區(qū)域各湖泊水質(zhì)類別和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別的遙感監(jiān)測(cè)，基本上能滿足業(yè)務(wù)化運(yùn)行的需求。部分區(qū)域遙感監(jiān)測(cè)精度較低，主要表現(xiàn)為遙感監(jiān)測(cè)的湖泊水質(zhì)類別和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別均要優(yōu)于實(shí)測(cè)結(jié)果。系統(tǒng)對(duì)于面積較大的湖泊的遙感監(jiān)測(cè)精度更高。如果將II類水質(zhì)歸為水質(zhì)優(yōu)良級(jí)別，III、IV類水質(zhì)歸為一般，V、劣V類水質(zhì)認(rèn)為極差，將輕度富營(yíng)養(yǎng)化、中度富營(yíng)養(yǎng)化和重度富營(yíng)養(yǎng)化之間的分類統(tǒng)一歸為富營(yíng)養(yǎng)化，對(duì)梁子湖、保安湖、東湖、南湖和湯遜湖遙感監(jiān)測(cè)結(jié)果重新進(jìn)行精度評(píng)價(jià)(沙湖不納入精度評(píng)價(jià)范圍)，則2012—2014年共計(jì)180個(gè)監(jiān)測(cè)頻次中，遙感監(jiān)測(cè)水質(zhì)類別總體精度為91.67%，營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別分類精度約為95.6%。若將沙湖也納入精度評(píng)價(jià)范圍，則在2012—2014年共計(jì)216個(gè)監(jiān)測(cè)頻次中，水質(zhì)類別和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別遙感監(jiān)測(cè)精度分別為82.6%和97.7%，遙感監(jiān)測(cè)精度較高。因此，該系統(tǒng)能很好地實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)優(yōu)良達(dá)標(biāo)湖泊以及富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的識(shí)別。

3 結(jié)論

基于湖北省12個(gè)中小型湖泊，以《湖北省水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)示范系統(tǒng)》為數(shù)據(jù)處理平臺(tái)，進(jìn)行湖北省水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)應(yīng)用示范，并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行精度評(píng)估?？傮w上來看，遙感監(jiān)測(cè)水質(zhì)類別和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)級(jí)別精度較高，但也存在部分湖泊精度不理想的情況。因此，在后續(xù)工作中，要繼續(xù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)：嘗試用更高時(shí)間、空間和光譜分辨率的遙感影像來進(jìn)行反演；)季節(jié)分水域建立模型，發(fā)展一種可以考慮季節(jié)和空間變化的遙感水質(zhì)模型；加強(qiáng)實(shí)測(cè)光譜與同步點(diǎn)位的水質(zhì)參數(shù)測(cè)量，建立普適性更強(qiáng)的反演模型

[1] 范登科,劉良明,劉洋.內(nèi)陸湖泊水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì),2012(4):138-142.

FAN Dengke, LIU Liangming, LIU Yang. Design and Implementation of inland lakes＇water envirnomental monitoring system based on remote sensing technology[J]. Railway Standard Design, 2012(4):138-142.

[2] 陳文召,李光明,徐竟成,等.水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中國環(huán)境監(jiān)測(cè)，2008,24(3):7-10.

CHEN Wenzhao,LI Guangming,XU Jingcheng,et al. Application of remote sensing technology in water environmental monitoring[J]. Environmental Monitoring in China, 2008,24(3):7-10.

[3] 吳傳慶,馬萬棟,王雪蕾,等.基于環(huán)境衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)的黃海滸苔遙感監(jiān)測(cè)[J].中國環(huán)境監(jiān)測(cè),2015,31(3):161-165.

WU Chuanqing, MA Wandong, WANG Xuelei, et al. Remote sensing monitoring HAB in Yellow Sea by HJ1-CCD[J]. Environmental Monitoring in China, 2015, 31(3):161-165.

[4] ADITYA Singh, ANDREW R Jakubowski, LAN Chidister, et al. A MODIS approach to predicting stream water quality in Wisconsin[J]. Remote Sensing of Environment,2013, 128:74-86.

[5] ROBERTSON D M, GRACZYK D J, GARRISON P J, et al. Nutrient concentrations and their relations to biotic integrity of wadeable streams in Wisconsin[J]. US Geological Survey Professional Paper，2006, 155：1-139.[6] Stanley E H, Maxted J T. Changes in the dissolved nitrogen pool across land cover gradients in Wisconsin streams[J]. Ecological Applications, 2008, 18:1 579-1 590.

[7] 陳靜,吳傳慶,申維,等.基于環(huán)境一號(hào)衛(wèi)星CCD數(shù)據(jù)的巢湖葉綠素a的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)[J].中國環(huán)境監(jiān)測(cè),2012, 28(1):116-119.

CHEN Jing, WU Chuanqing,SHEN Wei，et al. Chlorophyll-a dynamic monitoring in chaohu lake based on environmental satellite 1 CCD Data[J]. Environmental Monitoring in China, 2012,28(1):116-119.

[8] 何磊,童玲,李玉霞.昆承湖水質(zhì)狀況遙感監(jiān)測(cè)與空間分特征分析[J]. 測(cè)繪科學(xué), 2015, 40(4):58-62.

HE Lei, TONG Ling, LI Yuxia. Remote sensing monitoring and spatial character analysis for water quality of Kuncheng lake[J]. Science of Surveying and Mapping, 2015,40(4):58-62.

[9] 黃君,張虎軍,江嵐,等.太湖藍(lán)藻水華預(yù)警監(jiān)測(cè)綜合系統(tǒng)的構(gòu)建[J]. 中國環(huán)境監(jiān)測(cè),2015,31(1):139-145.

HUANG Jun, ZHANG Hujun, JIANG Lan. Early warning monitor comprehensive system construction of cyanobacteria blooms in Lake Taihu[J]. Environmental Monitoring in China, 2015,31(1):139-145.

[10] 蔣興偉,劉建強(qiáng),鄒斌,等.滸苔災(zāi)害衛(wèi)星遙感應(yīng)急監(jiān)視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].海洋學(xué)報(bào)(中文版),2009,31(1):52-64.

JIANG Xingwei, LIU Jianqiang, ZOU Bin. The sa tellite remote sensing system used in emergency response monitoring for entermorpha prolif era disaster and its application[J]. Acta Oceanologica Sinica, 2009,31(1):52-64.

[11] 秦雁,鄧孺孺,何穎清,等.廣東省大中型水庫水質(zhì)遙感監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建立與應(yīng)用[J].遙感技術(shù)與應(yīng)用,2011,26(6):855-862.

QIN Yan, DENG Ruru, HE Yingqing, et al. Development and application of water quality remote sensing monitoring system for large and medium-sized reservoirs in Guangdong province[J]. Remote Sensing Technology and Application, 2011,26(6):855-862.

[12] 湖北省湖泊局，湖北省湖泊保護(hù)中心.我國湖泊分布現(xiàn)狀[EB/OL]. (2013-06-03)[2014-08-02]. http://www.hubeilake.gov.cn/Article.aspx?ID=149.

[13] 百度百科.千湖之省[EB/OL]. [2014-08-02]. http://baike.baidu.com/view/2196954.htm?fr=aladdin.

[14] 湖北省環(huán)境保護(hù)廳.湖北省環(huán)境質(zhì)量狀況(2013年)[EB/OL].[2014-03-21]. http://report.hbepb.gov.cn:8080/pub/root8/hbtgg/201404/t20140415_68693.html.

[15] 陳楠,望志方.湖北省水環(huán)境遙感監(jiān)測(cè)示范系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[J].水資源保護(hù),2013,29(1):91-94.

CHEN Nan, WANG Zhifang. DESIGN and application of water environment remote sensing monitoring demonstration system in Hubei province[J]. Water Resources Protection, 2013,29(1):91-94.

[16] 張博,張柏,洪梅,等.湖泊水質(zhì)遙感研究進(jìn)展[J].水科學(xué)進(jìn)展,2007,18(2):301-310.

ZHANG Bo, ZHANG Bai, HONG Mei, et al. Advance in remote sensing of lake water quality[J]. Advances in Water Science, 2007,18(2):301-310.

[17] 陳莉瓊,田禮喬,邱鳳.HJ-1A/B衛(wèi)星CCD影像的武漢市東湖水色三要素遙感研究[J].武漢大學(xué)學(xué)報(bào)：信息科學(xué)版,2011,36(11):1 280-1 335.

CHEN Liqiong, TIAN Liqiao, QIU Feng. Water color constituents remote sensing in Wuhan Donghu Lake using HJ-1A/B CCD imagery[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2011,36(11):1 280-1 335.

[18] 馬榮華,唐軍武,段洪濤,等.湖泊水色遙感研究進(jìn)展[J].湖泊科學(xué),2009,21(2):143-158.

MA Ronghua, TANG Junwu, DUAN Hongtao, et al. Progress in lake water color remote sensing[J]. J Lake Sci, 2009,21(2):143-158.

Application Demonstration of Water Environment Remote Sensing Monitoring for Small to Medium-sized Lakes in Hubei Province

ZHANG Yuan1, ZHANG Li2, 3, CHEN Nan1, HUANG Dan1, WANG Zhifang1

1.Hubei Environment Monitoring Center, Wuhan 430072, China 2.Key Laboratory of Lake Poyang Wetland and Watershed Research, Ministry of Education, Jiangxi Normal University, Nanchang 330022, China 3.State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying, Mapping and Remote Sensing, Wuhan 430079, China

Based on the platform of water environment remote sensing monitoring demonstration system in Hubei Province, the water quality level and eutrophication level of Big East Lake water system, Liangzi Lake water system, and Shang Xunhu water system were monitored in 2012-2014, with the technique of space-ground monitor system, and the results monitored by remote sensing were evaluated with the measured results. Results showed that: Water quality of Liangzi Lake, Baoxie Lake, and Yanxi Lake was relatively well, and it had a poor water quality and a bad nutritional status for Yangchun Lake, North Lake and South Lake. There was little annual variation and seasonal variation of water quality and nutritional status level in each lake. The system has high recognition accuracy for lakes with good water quality, or with eutrophication phenomenon. And it can basically meet the demand of operational monitoring for the results of water quality category and nutritional status level monitored by remote sensing. Individual lake had a low monitoring accuracy, which was mainly because of the water quality category and nutrition status levels monitored by remote sensing was superior to that obtained through measuring. It has a higher accuracy of remote sensing monitoring for lakes with larger area.

Hubei; lakes; water environment; remote sensing

2015-09-21；

2016-03-28

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41331174)；江西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(20161BAB213074)

張 媛(1988-)，女，湖北孝感人，碩士，助理工程師。

望志方

X87

A

1002-6002(2017)01- 0131- 06

10.19316/j.issn.1002-6002.2017.01.20