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水是人类赖以生存的自然资源,水体污染加剧了水资源短缺。随着我国工农业生产的快速发展,环境水体中溶解有机物(DOM)的含量在不断增加。由于DOM具有很强的化学活性,可与其它污染物形成大量的配合物,使得水质日趋恶化。DOM的常规测量方法是化学法,不仅程序复杂、耗时,而且不能原位反映出水体污染状况。水体中污染物的荧光特征反映了污染物的性质和污染程度,利用诱导荧光方法对水体中污染物进行定性和定量分析具有选择性高、方法快捷、重现性好、非接触测量等优点。因此,研究激光诱导荧光(LIF)遥测水体中DOM浓度具有十分重要的应用价值。
本文针对水体中DOM的LIF光谱获取方法、DOM光谱特征与环境参数之间的关系、DOM定量反演的标定方法等问题进行了研究,为实现LIF方法遥测水体中DOM的浓度奠定基础。阐述了水体中污染物的LIF探测原理、系统组成和不同污染物的荧光光谱特征,然后详细地讨论了利用不同激发波长(355nm和532nm)在不同实验条件(激发光强度、有机物浓度、遥测距离、激发光入射角度、水体温度、盐度和酸碱度(pH值)等)下探测水体中DOM荧光光谱的实验原理和光谱特性;研究了水体中DOM的荧光饱和效应及荧光猝灭特性与DOM浓度的关系,建立了LIF光谱参数与DOM浓度之间的数学模型,应用最小二乘高斯拟合法实现了水体荧光光谱中DOM的提取和定量反演。在理论与实验研究的基础上,对水体污染LIF遥测系统的设计方案进行了详细地讨论,包括DOM荧光特征波段选取、环境背景光的影响及解决方法等问题;对应用遥测系统和离线水质分析仪在董铺水库、巢湖和太湖水域进行了大范围的船载移动监测的结果进行了对比分析,结果表明两者具有较好的相关性。