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城市黑臭水體吸收特性分析
城市水體的黑臭現象是人們通過視覺和嗅覺對水體的一種綜合感觀,通常是指散發出刺鼻、惡心的氣味, 呈現黑色或灰黑色, 生態功能喪失的水體.隨著我國城市化進程的加快, 城市河流的生態系統也面臨著重大的挑戰。由于工業廢水和生活污水的排放, 許多水體發黑發臭, 嚴重影響了人們的生活環境。
目前已有許多學者開展了城市黑臭水體形成機制的研究, 認為當水體遭受嚴重有機污染時, 有機物的好氧分解使水體中耗氧速率大于復氧速率, 造成水體缺氧, 致使有機物降解不完全、速度減緩, 厭氧生物降解過程生成硫化氫、胺、氨、硫醇等發臭物質, 同時形成FeS、MnS等黑色物質, 致使水體發黑發臭.此外, 水體有機負荷、Fe和Mn等金屬污染、底泥污染和水動力條件等環境因素的復雜性, 影響了黑臭水體形成的生物化學過程, 導致黑臭水體的水質參數指標、顏色、氣味等具有差異性。因此, 有學者嘗試建立黑臭水體的評價模型, 如劉成等對目前國內外各類河道黑臭評價模型進行比較, 篩選出多個模型進行分析, 比較后認為值得推廣研究的評價模型有多元線性回歸模型和綜合水質標識指數法.阮仁良等在水質評價方法里篩選出污染指數法、有機污染綜合評價法、溶解氧值法進行比較, 并提出有機污染綜合評價法是水質黑臭評價的最佳方法。
上述研究主要從致黑致臭的水質參數指標研究黑臭水體的形成和識別, 并不能實現對全區域黑臭水體的識別和監測, 因此, 有學者嘗試利用遙感技術, 從水色指標變化的角度開展對黑臭水體識別的研究.這方面最早的研究是關于“黑水團”的研究。
黑水團(在內陸湖泊中也被稱為湖泛)是指在適當的氣象條件下, 由于藻類的高度聚積使得水體突然發黑發臭的水污染現象.黑水團現象的發生, 可以看作是湖泊環境諸多要素對重度湖泊富營養化的一種劇烈響應.黑水團具有水體發黑發臭, 水生生物大量死亡, 水體含氧量低、高營養鹽負荷等一些顯著的特征.Duan等分析了太湖黑水團的吸收特性, 認為浮游植物和有色可溶性有機物的高吸收, 以及較低的后向散射, 使水體呈現黑色.張思敏等對比分析了太湖黑水團區與其他區域的吸收特性, 認為黑水團的顆粒物吸收系數和有色可溶性有機物(CDOM)吸收系數均高于正常水體.此外, 溫爽等構建了基于GF-2影像的城市黑臭水體遙感識別算法, 并分析了南京市主城區黑臭水體的空間分布和環境特點.靳海霞等基于水體岸線提取結果和反演的各類水質參數的指數分布, 結合水體黑臭程度遙感判別指標, 對北京市9處河段進行判別, 其黑臭水體識別與官方公布的結果基本一致。
由于遙感技術宏觀性的特點, 使其可以同步對城鎮河網黑臭水體進行監測, 因此, 研發黑臭水體遙感識別模型, 必將在城鎮黑臭水體監管中發揮重要的作用。然而, 目前對黑臭水體遙感監測的研究才剛剛起步, 對黑臭水體光學特征的研究還不夠深入, 對水質參數和固有光學特性對遙感信息的影響機制的研究還開展得很少, 研究主要集中在遙感反射率對黑臭水體的分類識別, 算法缺少機制性的支持。
本研究擬通過對長沙、南京、無錫這3個城市的河流進行現場采樣和室內分析, 探討城市黑臭水體中色素顆粒物、非色素顆粒物、有色可溶性有機物的吸收特性, 通過水體組分吸收特征的變化, 揭示黑臭水體與其它水體的差異性, 尋找黑臭水體與其它水體的識別指標, 以期為構建黑臭水體遙感識別模型提供理論依據。