杭州湾水体污染的遥感监测应用研究

陈文志，王 洁，吴文渊，吴孟杰，张登荣

(1. 杭州师范大学遥感与地球科学研究院，浙江 杭州 311121；2. 浙江省城市湿地与区域变化研究重点实验室，浙江 杭州 310036；3. 浙江省地质环境监测院，浙江 杭州 310007)

杭州湾水体污染的遥感监测应用研究

陈文志1,2，王 洁1,2，吴文渊1,2，吴孟杰3，张登荣1,2

(1. 杭州师范大学遥感与地球科学研究院，浙江 杭州 311121；2. 浙江省城市湿地与区域变化研究重点实验室，浙江 杭州 310036；3. 浙江省地质环境监测院，浙江 杭州 310007)

杭州湾是我国近海岸污染较为严重的区域，传统技术监测污染源面临困难.文章运用遥感技术对杭州湾附近的排污点进行动态监测，快速定位污染源的位置并圈定被污染的水体范围.监测结果发现研究区域内共有13处污染源，其中12处分布在杭州湾南岸，1处分布在杭州湾北岸，水体污染最严重地区为杭州市萧山区，该区域内发现污染源共10处.结合野外实地调查资料，分析污染源的扩散趋势、影响范围和原因，为杭州湾地区的水资源保护和规划提供准确信息.

遥感；污染源；监测；杭州湾

0 前 言

近几十年来，随着浙江省经济的改革和推进，杭州湾南北两岸的城市群、工业园区、居民区及港口码头相继建立并迅猛发展，钱塘江受到的污染日益严重，这不仅严重影响居民的身体健康和生活水平，也影响了钱塘江两岸城市的可持续发展战略.

杭州湾是我国近海污染较为严重的区域.浙江在开展生态省建设和“811”环境污染整治行动的进程中，投以重资，兴建了污染源在线监控系统[1].2008年中国海洋环境质量公告显示杭州湾大部分区域为劣四类水体，杭州湾内重金属铜、铅、无机氮、活性磷酸盐含量严重超标[2].国家海洋局东海分局发布的《2009年东海区海洋环境公报》显示，杭州湾属于东海区内严重污染程度的海域[3].

由于钱塘江流域面积广，沿岸工业园区与居民区集聚，采用传统技术监测污染源面临困难，污染源的寻找需要耗费大量人力物力.遥感技术的发展为污染源的动态监测开辟新的途径，也为进一步水质监测和治理提供了基础依据.利用遥感技术可以对大面积水域进行空间上高精度的监测，便于面上对比分析和定点定量研究[4].在此采用高精度的SPOT5卫星影像数据，对环杭州湾地区工业园区的分布、污染源附近水体及可能的污染源影响范围开展监测工作，提取研究区域内水体污染源的分布情况及影响范围信息，结合实地调查资料，深入分析污染源的现状、扩散范围以及污染物来源，为钱塘江水体污染的监测和治理提供依据.

1 遥感数据与处理方法

该研究选择法国空间研究中心(CNES)研制的地球观测卫星SPOT-5影像数据，作为钱塘江水体遥感信息源，进行污染源的监测和分析.每个时相的各幅影像数据均包含2.5m的全色波段和10m的多光谱波段，如表1所示.

表1 钱塘江卫星遥感调查数据一览表Tab.1 Data list of satellite remote sensing in Qiantang River

该研究除了遥感影像资料数据以外，还收集了20世纪70年代1:5万地形图40余景，以及4处污染源的实地调查资料.

首先对遥感影像进行图像预处理，包括图像的辐射校正、几何校正、图像镶嵌、数据融合4个步骤.由于卫星无法在同一时刻获取大面积的影像，导致融合处理时出现时相的不一致性.该研究使用IHS变换法，选择SPOT5多光谱数据4(R)、3(G)、2(B)3个波段作为假彩色合成波段，变换到IHS色彩空间，并使用分辨率较高的全色波段替换I分量，以获得接近自然色的高分辨RGB图，改善解译的精度和可靠性.

利用遥感技术进行水污染监测的主要机理是被污染水体具有独特的有别于清洁水体的光谱特征，这些光谱特征体现在其对特定波长光的吸收或反射，而且这些光谱特征能够为传感器所捕获并在遥感图像中体现出来[5].杭州湾内悬浮泥沙含量高且空间上分布不均匀，营养盐丰富，叶绿素浓度低，属于高营养盐低生产力的典型区域[6].此外，水体色素和藻类含量等因素均会影响污染水体的光谱.水体反射率的光谱特征主要受到水的颜色深浅的影响，受到有机污染的水体一般颜色较深，呈蓝、深蓝、蓝黑或者黑色，光谱反射率较低.而未受到有机污染的水体颜色较浅，光谱反射率相对较高.

2 污染源的调查与分析

2.1 污染源的分布现状

完成图像预处理工作后，利用ArcInfo软件对其进行空间分析，得到杭州湾地区污染源的分布情况，了解该地区污染源的现状，制作污染源分布的专题图.从影像初步解译结果看，研究区域内共有13处污染源，1处分布在杭州湾北岸，12处分布在杭州湾南岸.其中杭州市污染源有11处，1处位于江干区，另外10处位于萧山区；其余两处分别位于上虞市和慈溪市.

杭州市江干区人口众多，工业发达，大量生活污水和工业废水排放至江边，严重影响钱塘江水质.根据影像资料，杭州市江干区九堡镇被污染水体面积大，呈黑色，向西南方向面状扩散.杭州市萧山区宁围镇有8处污染源分布，位于彭埠大桥东北方向，该地区排污点集中分布，被污染水体呈蓝黑色，向东南方向带状扩散.萧山区河庄镇有1处污染源分布，被污染水体面积大，呈黑色，沿流水方向自西向东带状扩散.萧山区垦区有1处污染源分布，位于萧山区西北角，被污染水体面积大，呈蓝黑色，沿流水方向向东南带状扩散.

上虞市有1处污染源分布，位于工业园区.该处污染源面积广，被污染水体呈蓝黑色，沿岸向北东方向带状扩散，影响近海岸居民生活.

慈溪市有1处污染源分布，位于庵东镇北部.该处污染源面积广，被污染水体呈黑色，向北东方向带状扩散.

2.2 污染源的扩散

该研究通过利用ITT公司的ENVI遥感图像处理软件，使用计算机自动识别和目视解译结合的方式，即人机交互解译，旨在提高判别精度，提取被污染水体的边界，圈定被污染的水体范围.

2003年杭州市江干区九堡镇的污染源中被污染的水体表面积为8 385.31 m2，2009年该地区的被污染水体表面积为2 9201.21 m2，比2003年扩大了2 0815.9 m2.2003年萧山区河庄镇的污染源中被污染水体表面积为469 326.6 m2，2009年该地区被污染水体表面积为1 181 538.67 m2，比2003年扩大了712 212.07 m2(图1-图2).研究结果表明，污染源的扩散面积正在急剧扩大.深入分析发现造成该现象的原因是杭州湾地区工业园区的不断扩张和企业数量的不断增多，导致污染物的排放量加大；另一方面是环保部门没有足够重视环境治理工作.

图1 杭州市江干区九堡镇污染源Fig.1 Pollution sources of Jiubao Town, Jianggan District, Hangzhou

图2 杭州市萧山区河庄镇污染源Fig.2 Pollution sources of Hezhuang Town, Xiaoshan District, Hangzhou

2.3 污染的来源分析

研究工作中，选取4处大型污染源进行实地考察，分别是杭州市江干区九堡镇污染源、杭州市萧山区河庄镇污染源、上虞市工业园区污染源以及慈溪市庵东镇污染源.结合采集污水样本和GPS数据，调查排污管道的布设和排污时间，采访当地居民等工作，进一步分析污染的来源(表2).

表2 钱塘江沿岸污染源的位置Tab.2 Location of pollution sources in Qiantang River

(1)九堡镇污染源.位于杭州市江干区九堡镇杨公村，污染源处于七堡桥南侧.九堡镇工农业蓬勃发展，建有2.4 km2的工业园区，圆梦园、海景城等居民区相继建立，地区总人口达8万左右.

根据遥感影像资料显示，该处污染源的排污管道清晰可见，受污染水体颜色呈蓝黑色，向南西方向扩散.结合实地调查资料，发现该处被污染水体呈黑色，有异味，PH值在7.6-8.5之间.经实地调查，发现该处污染源的污水主要来自附近的化工厂和居民区，未经过净化处理的污水直接排放至钱塘江，导致江水浑浊乌黑，散发让人难以忍受的气味，鱼虾蟹几乎消失 (图3-a).

图3 杭州湾地区污染源实地调查结果Fig.3 Survey results of pollution sources in Hangzhou Bay

(2)河庄镇污染源.位于杭州市萧山区河庄镇北部外五工段与人工岸线的交界处.河庄镇总规划面积为9.53 km2的工业园已全面启动，已有工业企业257家，初步形成了以化工印染、化纤针织两大行业为主体的产业区，总人口达4.3万.

根据遥感影像资料显示，该处被污染水体呈黑色，沿水流方向自西向东扩散，扩散面积达1.18 km2.结合实地调查资料，该处污水主要源于附近化工厂及养猪场，每日定期排放，排污管道掩埋地下，污水时而呈黄褐色，时而呈黑色，鱼虾蟹罕见(图3-b).

(3)上虞工业园区污染源.位于杭州湾上虞工业园区东侧，盖北镇北侧.园区自1998年创建以来，建成区面积已达21 km2，形成化工、纺织、生物医药产业体系，园区的工业经济总量已占上虞市的三分之一.

根据遥感影像资料显示，该处被污染水体呈蓝黑色，带状，沿水流方向向北东扩散，扩散面积为2.86 km2.结合实地调查资料，发现该污染源已经存在十多年，部分排污管道深埋地下，也有排污管道露出在外，污染物源于附近化工厂，主要在夜间排污.夏天恶臭难耐，鱼虾体内含化工香料，据养猪户反映当地母猪已不能生育.水体污染严重影响当地居民的生活质量和健康水平，整治措施刻不容缓(图3-c).

(4)庵东镇污染源.位于慈溪市庵东镇北侧，杭州湾南岸.建有占地面积1.53 km2的庵东工业区，形成了机械电器、针棉织品、塑料电子、建筑材料等支柱产业，总人口达4.6万.

根据遥感影像资料上显示，该处被污染水体呈狭长黑色条带状，向北东方向扩散，扩散面积约为3.71 km2.结合实地调查资料，发现多条黑色的排污管道显露在外，此污染源周边都为养殖滩涂，工厂分布较少.据当地居民反映，该处排污管道部分裸露，部分掩埋地下，污水主要源于慈溪市居民区和工业区，每天定期排放污水.调查现场可以看到排污管道正在排出的水体呈灰白色，无泡沫，无异味(图3-d).

3 结 论

(1)工作范围区域内共有13处污染源，主要分布在杭州湾南岸，污染源集中分布在沿岸工业园区，排污口沿江分布，污染物随流水方向扩散.其中水体污染最严重地区为杭州市萧山区，该区域内发现污染源共10处，排污点密集，被污染水体面积广，影响范围大.

(2)结合实地调查资料发现，污染源的污水主要来自附近的化工厂(化工印染、化纤针织等)和居民区，未经过净化处理的污水直接排放至钱塘江，导致江水浑浊乌黑，散发让人难以忍受的气味，鱼虾蟹几乎消失.

(3)被污染的水体沿水流方向沿岸分布，对近海岸的水质影响较大，严重影响当地居民的生活质量和健康水平.

[1] 傅金龙，张元和．加强浙江省海洋环境保护和生态建设的对策研究[J]．理论探讨，2003(10)：15-16．

[2] 王迪峰，龚芳，潘德炉．海监航空遥感平台及其在近海水体环境质量监测中的应用[J]．海洋学报，2009，31(2)：49-58．

[3] 国家海洋局．2009年中国海洋环境质量公报[EB/OL]．[2011-03-08]．http://www.coi.gov.cn/gongbao/huanjing/201107/t20110729_17485.html．

[4] 马跃良，王云鹏，贾桂梅．珠江广州河段水体污染的遥感监测应用研究[J]．重庆环境科学，2003，25(3)：13-16．

[5] Dekker A Getal. The Effect of Spectral Bandwidth and Positioning on the Spectral Signature Analysis of Inland Water [J]．Remote Sensing of Environment,1992,41:211-225．

[6] 李宁．近海岸水质的遥感监测和数值模拟研究[D]．天津：天津大学建筑工程学院，2009．

TheApplicationsofRemoteSensinginMonitoringtheWaterPollutioninHangzhouBay

CHEN Wen-zhi1,2, WANG Jie1,2, WU Wen-yuan1,2, WU Meng-jie, ZHANG Deng-rong

(1. Institute of Remote Sensing and Earth Science, Hangzhou Normal University, Hangzhou 311121, China;2. Zhejiang Provincial Key Laboratory of Urban Wetlands and Regional Change, Hangzhou 310036, China;3. Zhejiang Provincial Institute of Geological Environmental Monitoring, Hangzhou 310007, China )

Hangzhou Bay is a near-shore area with serious pollution in China, there are difficulties to use traditional techniques to monitor pollution sources. This paper used remote sensing technology to conduct dynamic monitoring of Hangzhou Bay, located the pollution sources and calculated the area of sewage quickly and accurately. The results show that there are 13 pollution sources, of which 12 locate in the south bank of Hangzhou Bay, one locate in the north. The most serious water pollution area is Xiaoshan, where 10 pollution sources are found. Combined with the survey data, this paper analyzed the spread trends, influence area and causes of the pollution sources, and provided accurate information for the protection and programming of the water resource in Hangzhou Bay.

remote sensing; pollution sources; monitor; Hangzhou Bay

2012-04-10

王 洁(1981—)，女，讲师，博士，主要从事环境遥感研究. E-mail: wangjie1022@163.com

11.3969/j.issn.1674-232X.2012.05.017

P76

A

1674-232X(2012)05-0470-05