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水汙染的探測技術

汙染物介入使水體物理、化學性質發生變化,介電常數發生變化,對電磁波的吸收、反射發生變化。使用衛星遙感或航空遙感(包括可見光、熱紅外和微波)探測大面積水體的透明度、表面溫度(SST)、鹽度、葉綠素(藻類)、懸浮物、濁度等,常使用的衛星,主要為陸地衛星的TM和MSS;法國SPOT衛星的HRV以及NOAA系列的AVHRR資料片,是壹種快速而行之有效的方法。

11.1.2.1 太湖水域藍藻暴發的衛星遙感監測

藍藻暴發呈現綠色的藻類生物伴隨有白色的泡沫狀汙染物(水華)聚集於水體表面,藍藻覆蓋區的光譜特征(圖11.1.1)與周圍湖面正常水體有明顯差異。由於藍藻葉綠素(圖11.1.1a)的作用,藍藻區在陸地衛星(landsat)TM2段(藍光)具有較高的光反射率。在TM3波段(綠光)反射率略降,但仍比正常水體高,在TM4波段(紅光)反射率最大。因此,在TM2,TM3和TM4的假彩色合成圖像上,藍藻區呈緋紅色,與正常的湖水(深藍色、藍黑色)明顯不同,此外藍藻聚集體受湖流和風向影響,而呈條帶狀(圖11.1.1)紋理。

1998年8月11日陸地衛星TM圖像清晰地反映出這次太湖藍藻暴發的強度、位置和分布範圍(圖11.1.2)主要在太湖西區,寬為0.5~1 km,沿雪撚橋鎮虎嘴頭岸邊,向南延伸到宜興東邊壹帶,長約20 km;另壹片分布在無錫市區沿岸,在岸邊可見綠色的藍藻,既濃又密,能聞到腥臭味。

這次太湖藍藻暴發主要是城市與農村排汙,造成水體富營養化的結果。

11.1.2.2 水中懸浮泥沙含量的遙感監測

用衛星遙感對大面積水域懸浮泥沙定量研究是很有優勢的。混濁泥沙物的水體反射率高於清潔水體(圖11.1.3)。經研究表明隨著水中泥沙的濃度增高,反射率增強,在520 mm附近出現分界點,長波方向反射率大於正常水體的反射率(圖11.1.3),隨著懸浮泥沙濃度增加,界點向長波方向移動。當泥沙濃度為0.1 mg/L時,界點位於570 nm;當濃度達0.5 mg/L時,界點移到690 nm處。這是定性泥沙含量的基本標誌。

圖11.1.2 太湖藍藻分布

圖11.1.3 黃色(含泥沙)異常區反射率曲線

衛星遙感定量研究水體懸浮泥沙起步較早,多位學者定量研究提出了最佳波段和定量相關計算模式,1974年Klemas將衛星遙感用於托拉華海水域。研究發現水體懸浮泥沙含量與陸地衛星MSS亮度呈對數關系,在選擇適當波段後發現MSS-5和TM3波段的亮度數據與懸浮泥沙含量的相關關系,最好相關系數達90%以上,其最佳對應波段為0.6~0.8 μm。

在我國的黃河口、長江口、珠江口用陸地衛星研究了水體泥沙含量,發現泥沙含量與衛星遙感光反射率數據成線性關系。

11.1.2.3 水中沈積物及遺棄物的檢測

在江河湖海的底部,沈積著多年來積累起來的水中懸浮物質和人類活動的遺棄物質,其中壹部分屬汙染物質,如岸邊某些工礦企業長期積累性的排汙;另壹部分屬人類丟棄的工具、武器彈藥等物質,如事故沈船,軍事隱藏等。人們常常需要判斷和確定這些汙染物或遺棄物的位置和分布狀態,如汙染底泥的厚度分布,遺棄物的埋深、範圍等。此類檢測最得力的方法就是地球物理檢測法。檢測所需的具體設備取決於所檢測對象的特點,較常選用的有磁測儀、重力儀、電測儀(電磁儀)及測震儀等,外業工作需要配置之檢測船,冬季有條件時可直接在冰上作業。

在我國抗戰時期及後來的壹些軍事活動中曾掩埋過大批武器彈藥(有壹些是藏在陸上),至今尚未查明,經長期的地下氧化淋濾作用,對周圍的土壤及地下水造成汙染是不可避免的。有些是具有較強毒性的。均應當及早查明處置,以免引起後患。

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