基于多源遥感数据的钱塘江感潮河口段生态健康评价

摘要

钱塘江河口是杭州市及邻近县市的主要饮用水源地。受陆源排污、杭州湾污染水体上涌入侵的影响，钱塘江河口地区的水质安全情况复杂，全面检测和评估钱塘江河口段的生态健康状况是钱塘江流域管理的一项重要任务。基于此，本文以河流、河口生态健康理论和方法为指导，以PSR(Pressure-State-Response)生态概念模型为基础，深入考虑陆域与口外海域水体对河口地区的影响，初步构建了一套适用于感潮河口段的多层次多指标改进型河口生态健康遥感评价模式，并在钱塘江河口段开展实践应用。本文主要结论如下:
　　(1)本文以河流、河口生态健康理论与方法为指导，基于PSR模型，充分利用高空间分辨率（Landsat、高分一号）和高时间分辨率(COMS/GOCI:Communication Ocean and Meteorological Satellite/Geostationary Ocean Color Imager)遥感数据，构建了一套适用于感潮河口的改进型河口生态健康遥感评价模式:1）多级健康评价指标体系:陆域土地利用变化程度（陆域输入压力指标）;潮汐作用下，悬浮泥沙、叶绿素a、CDOM(Chromophoric Dissolvable Organic Matter)与DOC(Dissolved Organic Carbon)的高频动态变化（口外海域输入压力指标）;水体环境状态指标:悬浮泥沙、叶绿素a、CDOM、DOC、营养盐(TPP(Total Particle Phosphorus)、DIN(Dissolved Inorganic Nitrogen)、DIP(Dissolved Inorganic Phosphorus))、水体透明度(SDD:Secchi Disc Depth)和溶解氧(DO:Dissolved Oxygen);水生生态系统的生态响应:水生生态系统的初级生产力;2）评价标准:国内外相关指标的评价标准;3）评价方法:客观赋权熵值评价方法。
　　(2)以钱塘江感潮河口段为试验区，论文开展了改进型河口生态健康遥感评价模式的实践应用。1）陆域输入压力指标显示:23年以来钱塘江流域土地利用程度综合指数都在240以上，土地利用程度比较高，表明钱塘江河口段生态系统长期承受着高强度的陆域输入压力。海域输入压力指标显示:受河口地形等因素的影响，潮流在钱塘江河口的运动路径呈“C”型北进南出，因而口外海域输入压力明显表现出北低南高的特点，并且在庵东滩地前沿区域形成海域输入压力高值区。总的来说，钱塘江河口段的口外输入压力处于Ⅱ级压力区。2）水体环境状态指标的评价结果显示，处于病态的指标为:悬浮泥沙、DOC、TPP和DIP;处于不健康的指标有:叶绿素a、DIN和SDD;CDOM和DO分别处于健康和亚健康状态。3）生态响应指标的评价结果表明:水生生态系统的初级生产力处于健康的状态。因此，在陆域土地利用程度不断加深和口外海域涌潮持续周期性施压的双重高压下，钱塘江河口段生态系统的自然属性被明显改变，人类活动和环境污染等突破了生态系统自我维持与更新能力的负荷，导致钱塘江河口段生态系统恶化为不健康的状态。这不仅为钱塘江生态保护和管理提供了理论和技术实施方案，也为浙江省开展“五水共治”（治污水、防洪水、排涝水、保供水、抓节水）工程提供新的研究思路和技术手段。

目录

声明

致谢

摘要

缩写词汇-全称对照表

1 绪论

1．1 论文选题依据及课题来源

1．2 研究目的与意义

1．3 国内外研究进展

1．3．1 河流与河口生态健康评价研究现状

1．3．2 遥感技术在水体生态健康评价中的应用

1．4 研究内容

1．4．1 改进型河口生态健康遥感评价模式的构建

1．4．2 基于多源遥感影像的河口生态健康指标反演技术研究

1．5．2 基于高空间分辨率和高时相遥感影像的水质参数反演

1．6 技术路线

1．7 论文章节安排

2 研究区概况

2．1 地形地貌与水动力特征

2．2 水系与水文特征

2．3 水质环境

2．4 本章小结

3 数据与方法

3．1 多源遥感影像数据

3．1．1 高空间分辨率遥感影像

3．1．2 高时间分辨率遥感影像

3．2 数据处理方法

3．2．1 土地利用分类方法

3．2．2 高分一号数据的预处理过程

3．3 本章小结

4 改进型河口生态健康遥感评价模式的构建

4．1 河口生态健康的概念

4．1．1 河口生态系统

4．1．2 生态系统健康

4．1．3 河口生态系统健康

4．2 评价概念模型与指标

4．2．1 评价概念模型

4．2．2 评价指标

4．3 评价标准

4．3．1 压力指标标准

4．3．2 状态指标标准

4．3．3 生态响应指标标准

4．4 评价方法

4．4．1 熵值法

4．4．2 评价指标的权重

4．4．3 评价指标的无量纲化

4．5 综合评价结果

4．6 本章小结

5 基于高空间分辨率遥感影像的水质参数反演

5．1 高空间分辨率影像的融合效果探讨

5．1．1 高空间分辨率影像的融合评价

5．1．2 地物分布对高空间分辨率融合效果的影响

5．2 高分辨率GF-1影像的水质参数反演

5．2．1 悬浮泥沙浓度反演

5．2．2 叶绿素a浓度与初级生产力反演

5．2．3 CDOM与DOC的反演

5．2．4 营养盐浓度反演

5．2．5 水体透明度与溶解氧的遥感反演

5．3 本章小结

6 高时相GOCI遥感影像在感潮河口的应用

6．1 静止卫星GOCI数据的大气校正

6．2 基于高时相GOCI遥感影像的水质参数反演

6．2．1 悬浮泥沙浓度的反演

6．2．2 叶绿素a浓度的反演

6．2．3 CDOM与DOC浓度的反演

6．3 本章小结

7 河口生态健康遥感评价模式的应用——以钱塘江河口段为例

7．1 压力指标评价

7．1．1 陆域输入压力

7．1．2 海域输入压力

7．2 状态指标评价

7．2．1 悬浮泥沙指标的状态

7．2．2 叶绿素a指标的状态

7．2．3 CDOM与DOC指标的状态

7．2．4 营养盐指标的状态

7．2．5 透明度与溶解氧指标的状态

7．3 生态响应指标评价

7．4 钱塘江河口段生态健康综合评价结果

7．5 本章小结

8 结论与展望

8．1 主要结论

8．2 创新点

8．3 未来工作展望

参考文献

作者简介