【摘要】：城市黑臭水體是指顏色為黑色或深灰色,氣味刺鼻、惡心,基本喪失生態(tài)功能的城市水體。近年來,我國城市化步伐加快,產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,人民生活水平提高。但隨之而來的生活廢水、工業(yè)污水的過量排放,嚴重影響了河流生態(tài)系統(tǒng),為人民生活帶來不便。當前開展的關(guān)于遙感監(jiān)測黑臭水體的研究多從水色指標變化的角度,利用遙感反射率識別黑臭水體。由于水面遙感反射率受水體吸收、散射等固有光學特性影響,因此,水體固有光學特性的變化更加能夠直接反映水色的差異。本研究以水體吸收系數(shù)為主要指標,探索水色差異的最佳表征參數(shù),構(gòu)建黑臭水體識別和分級模型。以南京、無錫、揚州和長沙市的城市河道水體為研究對象,利用野外實測水體數(shù)據(jù)分析了城市河道黑臭水體的光學特征,構(gòu)建了基于吸收系數(shù)的黑臭水體識別、分級算法。建立了基于高光譜數(shù)據(jù)的總顆粒物、CDOM吸收系數(shù)估算模型,并將模型應(yīng)用于南京市無人機高光譜影像,對城市河段進行黑臭程度分級。論文主要得出以下結(jié)論:(1)不同黑臭程度的水體光學特性差異分析重度黑臭水體的遙感反射率值低于0.03sr-1,其平均值在各類水體最小,一般水體(即非黑臭水體)遙感反射率值總體最高。在400～550nm,重度黑臭水體的遙感反射率斜率值最低,輕度黑臭水體次之。在550～580nm,重度黑臭水體的波峰寬度大于其他類型水體,且峰值最低。不同黑臭程度的城市水體,其吸收系數(shù)存在差異。重度黑臭水體的非色素顆粒物吸收系數(shù)、色素顆粒物吸收系數(shù)與CDOM吸收系數(shù)均不同程度地高于輕度黑臭水體和一般水體。在440nm處,重度黑臭水體的色素吸收系數(shù)大致為輕度黑臭水體的1.1倍、一般水體的1.3倍;重度黑臭水體的非色素平均吸收系數(shù)大致為輕度黑臭的1.4倍、一般水體的1.8倍;重度黑臭水體的CDOM平均吸收系數(shù)大致為輕度黑臭的1.0倍,一般水體的1.4倍。(2)黑臭水體識別及分級指數(shù)黑臭水體的高CDOM吸收特性在黑臭水體的識別與監(jiān)測方面具有應(yīng)用潛力。CDOM吸收系數(shù)參數(shù)化模型在不同波段范圍內(nèi)擬合得到的斜率值S對黑臭水體與一般水體具有一定的區(qū)分性。不同波段范圍擬合的斜率值對黑臭水體和一般水體的區(qū)分度隨著波長的增加而降低:斜率S1值(擬合范圍為275～295nm)、斜率S2值(擬合范圍為350～400nm)的精度分別為79.39%、72.12%。而ag(440)區(qū)分黑臭水體的精度也較高,達到76.36%。重度黑臭水體的總顆粒物吸收與輕度黑臭水體差異顯著,重度黑臭水體的高顆粒物吸收特性對黑臭水體的分級起著重要作用�？傤w粒物吸收系數(shù)在400～500nm波段范圍內(nèi)的下降速率K400-500、在400～500nm波段范圍內(nèi)的曲線面積積分SA(400-500)和總顆粒物在440nm處的吸收系數(shù)ap(440)對不同黑臭程度的水體的區(qū)分度均大于80%,其中曲線面積積分SA(400-500)和總顆粒物吸收系數(shù)ap(440)的分級效果最好,均達到87.65%。考慮到實際反演過程的簡潔性與可操作性,選取440nm處的CDOM吸收系數(shù)(閾值為1.25 m-1)作為黑臭水體與非黑臭水體的識別指數(shù),440nm處的總顆粒物吸收系數(shù)(閾值為7m-1)作為輕度黑臭與重度黑臭水體的分級指數(shù)。(3)黑臭水體吸收系數(shù)的遙感反演選取720nm與560nm的遙感反射率比值,建立一元線性經(jīng)驗?zāi)Ｐ凸浪憧傤w粒吸收系數(shù),估算值與實測值均方根誤差為2.14m-1,平均絕對百分比誤差為27.26%。選取665nm/720nm、560nm/665nm的遙感反射率比值與440nm處的CDOM吸收系數(shù)建立起的多元回歸方法,估算的CDOM吸收系數(shù)的均方根誤差為0.30m-1,平均絕對誤差百分比為45.27%。采用改進后的QAA-640算法反演吸收系數(shù),得到總顆粒物吸收系數(shù)均方根誤差2.67m-1,平均絕對百分比誤差為54.34%,CDOM吸收系數(shù)的均方根誤差0.73m-1,平均絕對百分比誤差為51.81%。因此,對于城市黑臭水體而言,經(jīng)驗算法的效果優(yōu)于QAA半分析算法。(4)基于無人機高光譜數(shù)據(jù)的黑臭水體識別與分級基于2017年12月22日、2018年9月27日無人機遙感影像,利用經(jīng)驗算法對吸收系數(shù)進行反演,根據(jù)識別與分級指數(shù)的閾值對河道的水體進行分級,在所識別的4段河流中,金川河、龍園西路河、玄武湖僅為一般水體。屯糧河被分為三段,這三段河流的水質(zhì)情況差異較大。最南部為輕度黑臭與重度黑臭混合的類型;中部水質(zhì)較好,為一般水體;北部河段水質(zhì)最差,基本為重度黑臭水體。
【學位授予單位】：南京師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：X87;X52
【圖文】：

圖１．１技術(shù)路線圖逡逑１．５論文結(jié)構(gòu)逡逑本論文共包括六章：逡逑第一章為緒論，主要闡述了論文的選題背景及研究意義，簡述了關(guān)于城市黑逡逑６逡逑

圖２．邋３作業(yè)實況圖逡逑

圖２．邋２無人機載高光譜成像儀整套設(shè)備逡逑

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