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全国多数城市面临严重水体污染，整治黑臭水体、控制和治理城市水体污染已经刻不容缓，是目前亟待解决的城市环境问题。本文基于1200余条实测水质数据和52条同步地面光谱数据，开展黑臭水体遥感指标体系、水体指数评价模型、关键水质参数分析及其光谱特征分析、水质反演模型构建以及OLI影像应用研究。 (1)建立一套可遥感的黑臭水体指标体系。从水体发臭发黑现象与机理出发，结合化学需氧量、氨氮、溶解氧等理化监测指标及感官指标，按照导致水体发臭的机理将水体黑臭监测指标体系初步分为直接指标、深层指标与底层指标。 (2)提出一种新的黑臭水体综合指数评价模型。基于PESCE水体综合评价指数，本研究对此算法进行改进，根据水体黑臭的成因与本文构建的指标体系，选择的水质参数包括DO（溶解氧），NH3-N（氨氮），TP（总磷），TN（总氮），COD（化学需氧量），BOD5（5日生化需要量），结合广州市1200余条水质监测数据，依据层次分析法计算权重，将水体质量分为六个级别。由于本文基于广州市1200余条水质数据进行分析，并综合考虑了导致水体黑臭的关键参数，设置了合理的权重系数，因此，与OWQⅠ（俄勒冈州水体指数）和WQⅡ（综合标识水体指数）相比本文提出的算法更加严密。 (3)分析了各项水质参数的相关性，结果表明:①DO与TN、TP、COD、BOD5、NH3-N呈负指数相关，且相关性达到显著水平，说明DO较低是多种物质综合作用所导致，而不是某项物质单独作用的结果;②TN与NH3-N、TP、COD、BOD5之间存在较高的线性相关(R＞0.6)，说明实验区排放的工业废水与生活污水会同时导致这5种水质参数指标升高;③DO与TN、TP、COD、BOD5、NH3-N的呈负相关，且相关性达到显著水平，说明实验区两条黑臭水体周边工业废水、生活污水的排放导致TN、TP、COD、BOD5、NH3-N浓度过高，并大量消耗水中的溶解氧，从而导致水体黑臭。 (4)分析了黑臭水体光谱特性，结果表明:①重度黑臭水体与轻度黑臭水体的光谱特征相似，但重度黑臭水体的反射率总体低于轻度黑臭水体;②当TSS浓度过高时(＞100mg/L)，TSS的光谱特征有两个明显反射峰，并向黄、红波段偏移出现在580-710nm和810nm附近。TSS的特征起主导作用，抑制了关键黑臭水质参数的光谱特性。因此，当TSS浓度大于100mg/L时，不适宜于用遥感研究水体的黑臭信息;③归一化处理、包络线去除、一阶微分处理、比值差值处理能够消除部分背景的影响，放大与突出水质参数光谱特性，提高水质参数与各种光谱的相关性。 (5)地面采集共52条光谱，其中35条用于模型的构建，17条用于模型的验证，构建了黑臭水体关键水质参数反演模型。五种水质参数(TN、TP、NH3-N、COD、BOD5)的DR(597nm)、ER(600nm)的单波段模型显著性较高，为最优模型。BR(580nm,650nm)、CR(550nm,650nm)、E-BR(580nm,650nm)、E-CR(550nm,650nm)、N-BR(580nm,650nm)、N-CR(550nm,650nm)的最优波段组合主要呈负指数模型，模型效果较好;DO的原始光谱、NR、DR、ER的最优波段分别在567、760、420、600nm处，其中NR(760nm)、ER(600nm)模型显著性系数较高，主要呈对数模型，模型效果较好。DO的原始光谱波段比值最优组合为BR(650nm，750nm)，CR(680nm，750nm)，模型主要呈对数形式，模型的确定系数R2为0.958，显著性系数较高。 (6)针对严重污染的城市水体，与道路、建筑物、阴影等易于混分以及遥感水体提取结果不连续，存在斑点问题，本研究以广州市流溪河与东江（广州段）为研究对象，基于2016年与2017年OLI遥感影像，采用本文新提出的CWI(城市水体指数法)，同时结合分形几何算法，通过设置形状面积等特征，实现城市复杂环境下的水体信息的自动提取。并与单通道算法、MNDWI（改进的归一化差异水体指数）算法、SVM（支持向量机法）与光谱角度法的水体提取结果进行对比分析。结果表明:SVM算法出现大量斑点，其次为MNDWI水体指数算法，光谱角度算法与单通道算法斑点较少，但水体提取结果不连续，部分河道漏分。本文提出的算法能够克服山体阴影、道路、建筑物等影响，实现城市污染水体以及一般水体连续、准确提取。 (7)基于OLI影像的黑臭水体监测。基于重采样的光谱，对6种水质参数模型进行校正，模型具有较高的精度，能够适用于OLI影像水质参数的反演。基于以上模型对上文提取的流溪河、东江水体的TSS、TN、TP、COD、BOD5、NH3-N等关键水质参数反演运算，对流溪河、东江的关键水质参数进行了空间制图，并对水体黑臭情况进行了评价。采用广州市环保局的水质数据进行了验证，结果表明基于遥感反演的结果与广州市环保局公布的水质结果一致。