分析城市黑臭水體遙感監(jiān)測(cè)與篩查研究進(jìn)展

隋明祥

摘要：城市黑臭水體是水體污染的一種極端現(xiàn)象，也是目前較為突出的城市環(huán)境問(wèn)題。傳統(tǒng)黑臭水體監(jiān)測(cè)主要依靠地面人工測(cè)量，耗時(shí)費(fèi)力，加上采樣點(diǎn)位布置數(shù)量和監(jiān)測(cè)頻率有限導(dǎo)致傳統(tǒng)黑臭水體檢測(cè)方式對(duì)城市黑臭水處理效率低下，效果不理想。大數(shù)據(jù)支持下的遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)能夠提升城市黑臭水治理成效。為此，文章結(jié)合城市黑臭水出現(xiàn)原因機(jī)理以及遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在城市黑臭水治理中的原理，具體分析應(yīng)用遙感檢測(cè)技術(shù)優(yōu)化處理城市黑臭水的策略。

關(guān)鍵詞：城市黑臭水;遙感技術(shù);篩查研究進(jìn)展

中圖分類號(hào)：TP311? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1009-3044（2018）31-0243-02

城市黑臭水體主要是指在城市建設(shè)區(qū)內(nèi)部存在的令人作嘔的水體統(tǒng)稱，黑臭是水體有機(jī)污染發(fā)展的一種極端現(xiàn)象，一般是由于水體缺氧和有機(jī)物的腐敗導(dǎo)致的，在城市化的發(fā)展進(jìn)程下，城市黑臭水污染問(wèn)題已經(jīng)成為城市發(fā)展建設(shè)需要解決的問(wèn)題之一。城市黑臭水體通常分布范圍較廣，河寬一般較窄，易受到兩岸環(huán)境的影響。在檢測(cè)黑臭水體污染的時(shí)候，傳統(tǒng)的地面采樣監(jiān)測(cè)方式獲取的河道水質(zhì)信息十分有限，在一定程度上加大了黑臭水體的監(jiān)測(cè)難度。遙感技術(shù)以其宏觀、大面積同步觀測(cè)以及持續(xù)觀測(cè)的特點(diǎn)能夠?yàn)槌鞘泻诔羲w污染治理提供重要手段的支持，輔助使用大數(shù)據(jù)和地理信息系統(tǒng)則是能夠在以往的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升城市黑水污染治理成效。

1 城市黑臭水體的成因和機(jī)理

從2015年開始，環(huán)境保護(hù)部門衛(wèi)星環(huán)境使用基地開展了地區(qū)城市黑臭水遙感監(jiān)測(cè)施工操作，在具體施工操作中，衛(wèi)星基地應(yīng)用高分辨率的衛(wèi)星數(shù)據(jù)信息來(lái)收集各種類型的遙感數(shù)據(jù)信息，之后根據(jù)北京地區(qū)的黑臭水水體綜合治理名單開展了一系列遙感監(jiān)測(cè)和空間解剖處理工作。從遙感監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)圖像中可以發(fā)現(xiàn)，北京地區(qū)的黑臭水體總體長(zhǎng)度是280.75km，有80%左右的成分是輕度黑臭水體，剩下的都是重度黑臭水體。結(jié)合遙感數(shù)據(jù)信息顯示，地區(qū)的黑臭水體數(shù)量較多的是集中在通州地區(qū)，黑臭水體的長(zhǎng)度和面積也達(dá)到了最大。在對(duì)地區(qū)黑臭水體出現(xiàn)和快速發(fā)展原因進(jìn)行綜合比對(duì)分析之后發(fā)現(xiàn)，城市黑臭水體的成因具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

河段水量少、攔流壩建造等致使水體活動(dòng)不暢，構(gòu)成水環(huán)境容量差，污染物不易分散，易構(gòu)成黑臭河段。北京地區(qū)常年少雨，區(qū)域水資源較少，加上一些河段上游的河水被攔截，使得地區(qū)水資源的應(yīng)用經(jīng)常出現(xiàn)緊缺的問(wèn)題，污染物在凝聚之后很難在短時(shí)間內(nèi)分散，由此易構(gòu)成黑臭河段。在河道沿岸臟亂差、雨污混流、廢水直排、農(nóng)業(yè)面源污染等致使污染源很多，加上上游來(lái)歷及內(nèi)源不易根治，由此形成黑臭河段。另外，黑臭河段大多坐落城鄉(xiāng)接合部地帶，政府部門沒有對(duì)河道污水的治理提供必要的監(jiān)督管理，一些河段發(fā)作之后產(chǎn)生的臭氣無(wú)法在第一時(shí)間得到及時(shí)處理。

2 城市黑臭水體遙感監(jiān)測(cè)

2.1 基本概述

遙感可以概括為借助光、熱、無(wú)線電波等電磁能量來(lái)探測(cè)地物特性的科學(xué)。隨著全國(guó)各城市數(shù)字化進(jìn)程的發(fā)展，高分辨率遙感影像和數(shù)字航空影像為“數(shù)字城市”的建設(shè)提供了豐富的數(shù)據(jù)源。遙感技術(shù)以其高分辨率和特點(diǎn)能夠?qū)Τ鞘泻诔羲w進(jìn)行全過(guò)程的監(jiān)測(cè)。

2.2 遙感技術(shù)在城市黑臭水監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

黑臭水體是一種渾濁的污染水體類型，在正常的彩色遙感圖像上可以發(fā)現(xiàn)，黑臭水體一般會(huì)呈現(xiàn)出灰綠色的特點(diǎn)。 應(yīng)用遙感技術(shù)，在接近紅外譜段的范圍內(nèi)就能夠發(fā)現(xiàn)黑臭水體和正常水在色澤上體現(xiàn)的差異性特點(diǎn)，之后通過(guò)構(gòu)建相應(yīng)的地區(qū)水體遙感識(shí)別算法能夠了解到黑臭水體的分布情況。用于城市黑臭水體治理的城市遙感動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)以地理信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以3S技術(shù)一體化應(yīng)用為基本核心，結(jié)合專業(yè)遙感處理軟件ENVI，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市范內(nèi)區(qū)域、街道、重點(diǎn)對(duì)象的影像特征的采樣和分析。另外，在了解地區(qū)空間信息和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用ArcGIS Engine疊加分析、緩沖區(qū)分析等功能實(shí)現(xiàn)對(duì)多時(shí)相城市航空影像數(shù)據(jù)之間、遙感影像數(shù)據(jù)與規(guī)劃編制、規(guī)劃審批成果之間的比對(duì)分析，及時(shí)了解城市的土地利用變化情況，結(jié)合實(shí)際提出有針對(duì)地黑臭水體遙感監(jiān)測(cè)策略。

城市黑臭水體遙感總體篩查情況如圖1所示，根據(jù)圖一發(fā)現(xiàn)在遙感系統(tǒng)的作用下能夠清楚地了解到黑臭水體的空間分布和形成原因。在借助遙感技術(shù)分析各地區(qū)黑臭水體污染實(shí)際情況的基礎(chǔ)上下一步需要進(jìn)一步開發(fā)和驗(yàn)證地面水的水質(zhì)情況，并按照相關(guān)規(guī)范完成相應(yīng)的實(shí)地驗(yàn)證工作，選取城市典型區(qū)域開展星地野外同步試驗(yàn)，打造光學(xué)遙感識(shí)別和分級(jí)黑臭水體模型，全面把握黑臭水體的實(shí)際情況。

根據(jù)衛(wèi)星遙感技術(shù)的應(yīng)用情況發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星遙感在本質(zhì)上是一種遙遠(yuǎn)感知，主要是應(yīng)用天上的衛(wèi)塔來(lái)對(duì)電磁波儀器設(shè)備進(jìn)行分析，在遠(yuǎn)離目標(biāo)和非接觸目標(biāo)物體的情況下來(lái)探測(cè)目標(biāo)物體。根據(jù)局檢測(cè)范圍和波段情況可以將遙感具體劃分為紫外線遙感、可見光遙感、紅外遙感等。

2.3 地理信息系統(tǒng)在黑臭水治理中的應(yīng)用

在治理黑臭水體的過(guò)程中，為了能夠更好地確定黑臭水體的地理位置，可以借助地理信息系統(tǒng)來(lái)將黑臭水體的地理位置信息統(tǒng)計(jì)整合在一起。首先，利用地理信息系統(tǒng)來(lái)及時(shí)獲取重要的信息，實(shí)現(xiàn)信息共享。通過(guò)地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用能夠在地圖上獲取所需要的各類信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類信息的合理優(yōu)化配置，具體涉及的信息包含電力通信信息、天然氣信息、自來(lái)水管道信息、地表水使用情況信息等。在地理信息系統(tǒng)的作用下能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)這些信息的統(tǒng)一化整合處理，節(jié)省工程時(shí)間。其次，打造黑臭水綜合治理網(wǎng)站。城市黑臭水綜合治理人員還可以利用網(wǎng)絡(luò)電腦來(lái)獲取相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息，完成重要數(shù)據(jù)信的輸入和現(xiàn)場(chǎng)報(bào)告處理。最后，借助地理信息系統(tǒng)提升對(duì)城市黑臭水的綜合治理成效。在地理信息系統(tǒng)的作用下， 信息存儲(chǔ)能力不再受到外界環(huán)境的限制，室外工作人員可以利用電腦來(lái)獲取黑臭水治理現(xiàn)場(chǎng)的各類信息。同時(shí)，在地理信息系統(tǒng)的作用下，管理人員能夠根據(jù)輸入管線的出入口號(hào)碼或者街道名稱來(lái)選擇有針對(duì)地黑臭水治理策略。

2.4 高空間分辨率遙感技術(shù)監(jiān)管整治工程進(jìn)展

高空間分辨率主要是指遙感圖像上能夠具體細(xì)分的最小單元的尺寸和大小，通過(guò)高空間分辨率能夠表征影像分辨地面目標(biāo)細(xì)節(jié)的指標(biāo)。目前衛(wèi)星遙感的空間分辨率已從最開始幾十公里的氣象衛(wèi)星圖像逐步發(fā)展為目前更高級(jí)別的高分辨率圖像。

從高空間分辨率影像應(yīng)用發(fā)展實(shí)際情況來(lái)看，這類分辨影像主要以國(guó)外的商業(yè)衛(wèi)星為基本研究對(duì)象，成本價(jià)格較高，無(wú)法滿足全國(guó)范圍內(nèi)的城市黑臭水精細(xì)化治理和監(jiān)測(cè)要求。在高分系列、資源衛(wèi)星的不斷發(fā)展下，城市黑臭水工程得到了進(jìn)一步發(fā)展，在多個(gè)階段都取得了相應(yīng)的發(fā)展成績(jī)。高分遙感監(jiān)測(cè)圖像字啊城市黑臭水整治之前的河段疏通、淤泥清理、河道改道等方面都有著十分廣泛的應(yīng)用。

3 城市黑臭水體遙感監(jiān)測(cè)未來(lái)發(fā)展

遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)在使用的過(guò)程中體現(xiàn)出監(jiān)測(cè)范圍廣泛、使用成本費(fèi)用低廉、發(fā)展速度快的特點(diǎn)，在河水污染治理和環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域得到了充分的應(yīng)用。在高光譜、空間衛(wèi)星傳感器的不斷完善下，遙感技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)城市污染水的綜合化、動(dòng)態(tài)化監(jiān)督管理，通過(guò)這種監(jiān)督管理及時(shí)發(fā)現(xiàn)黑臭水體，提升黑臭水體的綜合治理成效。但是從發(fā)展實(shí)際情況來(lái)看，黑臭水體遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)的研發(fā)和使用仍然處于一種初步發(fā)展階段，在具體發(fā)展的過(guò)程中仍然面臨大量技術(shù)和業(yè)務(wù)問(wèn)題需要解決。城市黑臭水體遙感監(jiān)測(cè)的未來(lái)發(fā)展還需要進(jìn)一步優(yōu)化以下幾個(gè)方面的工作：第一，打造完善的以溶解氧為基本指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系。城市黑臭水體的治理關(guān)鍵是采取有效措施改善水體的溶解氧情況，讓水體逐漸恢復(fù)健康。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，需要相關(guān)人員積極借鑒大數(shù)據(jù)技術(shù)形式以水體的溶解氧為基本核心，打造包含透明度、色度等多項(xiàng)指標(biāo)的黑臭水體綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。第二，應(yīng)用綜合手段治理黑臭水體。黑臭水體出現(xiàn)的本質(zhì)原因是污染物的輸入超過(guò)了河流的承載力。為了能夠平衡和降低這種污染，需要相關(guān)人員在黑臭水以往治理方法的基礎(chǔ)上補(bǔ)充其他技術(shù)手段。第三，采取有效措施改善生態(tài)條件。通過(guò)增加河流水的生態(tài)條件能夠在一定程度上改變城市水體氧氣缺乏的問(wèn)題，有效防止水體被外界污染物的污染。第四，打造路邊綠化帶，提升水資源的自我凈化能力。在治理黑臭水體的時(shí)候相關(guān)人員需要采取有效的措施嚴(yán)格控制有色有味氣體的排放，并在岸邊進(jìn)行綠化改造，成立河道保潔效果良好的長(zhǎng)效性運(yùn)行管理機(jī)制。 在岸邊植物、沉水植物的綜合應(yīng)用下能夠改變水生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)流動(dòng)方式，使得地區(qū)發(fā)展能夠擁有更多自凈能力良好的水體。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，遙感手段在黑臭水體的綜合整治、監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)方面具有范圍廣、速度快、成本低等優(yōu)勢(shì)，能夠?yàn)楦鱾€(gè)地區(qū)黑臭水的篩查、管理、整治提供重要支持，促進(jìn)城市黑臭水體的治理成效。為此，在未來(lái)，需要相關(guān)人員積極應(yīng)用遙感技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、地理信息系統(tǒng)等進(jìn)行城市黑臭水體的綜合治理。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張列宇，王浩，李國(guó)文，等.城市黑臭水體治理技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].環(huán)境保護(hù)， 2017， 45（5）：62-65.

[2] 潘伊，周春何.淺談城市黑臭水體整治技術(shù)[J].綠色環(huán)保建材， 2017（6）.

[3] 王旭，王永剛，孫長(zhǎng)虹，等.城市黑臭水體形成機(jī)理與評(píng)價(jià)方法研究進(jìn)展[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào)，2016， 27（4）：1331-1340.

[4] 曹紅業(yè).中國(guó)典型城市黑臭水體光學(xué)特性分析及遙感識(shí)別模型研究[D].西南交通大學(xué)， 2017.