环境地学 赵烨 第12章.ppt

12 环境地学调查技术与方法 1 12环境地学调查技术与方法 目录 12 1环境地学野外调查基础12 2环境监测基础12 3环境制图基础12 4遥感技术在环境监测中的应用12 5思考题与个案分析 12 环境地学调查技术与方法 2 12 1环境地学野外调查基础12 1 1地形图概况地形图是按一定的比例尺 用规定的符号表示地物 地貌平面位置和高程的正射投影图 地形图是根据地形测量或航摄资料绘制的 误差和投影变形都极小 它是进行环境地学调查与观测研究的工具 也是环境制图的基础资料 12 环境地学调查技术与方法 3 地形图上任意一线段的长度与地面上相应线段的实际水平长度之比 称为地形图的比例尺 中国国家基本地形图包括 1 5000 1 10000 1 25000 1 50000 1 1000000 1 250000 1 500000 1 1000000等8种比例尺的地形图 12 环境地学调查技术与方法 4 12 1 2地形图的野外使用在进行环境地学野外调查之前 应根据调查区域及其研究内容的需要 选择适当比例尺的地形图 一般情况下野外调查工作常用的地形图比例尺为1 10000 1 25000 1 50000和1 100000 12 环境地学调查技术与方法 5 在野外使用地形图 首先要求使地形图的方向与实地方向保持一致 常用的方法是借助罗盘和地形图上标注的磁子午线来定向 即将地形图放置在水平的平板上 使罗盘的南北线与地形图上的磁子午线重合 在保持水平的条件下转动地形图 当罗盘磁北针指向北时 即已完成地形图定向 12 环境地学调查技术与方法 6 图12 1地表景观与地形图表示图式 a 地表景观 b 地形图 据R W Christopherson 1998年资料 12 环境地学调查技术与方法 7 在完成了地形图的定向之后 还需要在地形图上确定自己站立的位置即定点 这是环境地学野外调查与采样的前提 简单的定点方法是根据地形图上与实地明显地物的对应关系 测定站立点 即后方交会法和GPS测量法 12 环境地学调查技术与方法 8 12 1 3环境背景调查与记录环境背景调查与记录是环境科学和环境地学研究的基础 它是进行区域环境问题的诊断与分析 环境质量现状分析 环境影响评价和环境管理所应具有的基础资料 环境背景包括自然环境背景和社会经济背景两方面 12 环境地学调查技术与方法 9 环境背景调查的内容主要包括 环境概况自然环境背景信息社会经济环境背景信息环境观测与采样点信息 12 环境地学调查技术与方法 10 12 环境地学调查技术与方法 11 12 2环境监测基础环境监测是指人们对影响人群和生物生存和发展的环境质量状况进行监视性测定的活动 环境监测的目的 判断区域环境质量是否符合环境标准 按污染物及环境质量的分布 追踪污染路线 寻找污染源并确定其环境影响 揭示污染物在区域环境中迁移转化和空间分布规律 12 环境地学调查技术与方法 12 12 2 1物理与化学监测物理监测是指利用物理学的技术与方法测定环境要素中的噪声 振动 电磁波 热能 放射性水平 能见度 浑浊度等 以及近年来利用遥感技术监测大气中污染物 水体富营养化和生物污染状况等 12 环境地学调查技术与方法 13 化学监测是指利用化学的技术和方法测定环境要素 大气 水体 土壤和食物 中各种污染物种类 含量及其存在状态 由于环境属于一个多因素多变量的复杂开放系统 再加上环境中污染物的种类 存在状态又具有时间与空间的多变性 这就要求环境监测必须遵循严格的质量保障程序 即分析方法的标准化和规范化 12 环境地学调查技术与方法 14 12 2 2生物监测生物监测是指测定人类活动引起的生态系统的变化 如水土流失 土地荒漠化 生物多样性变化 生物品质变化 生物群落变化状况等 请同学们思考如何运用生物监测大气 水体和土壤污染状况 12 环境地学调查技术与方法 15 与物理监测和化学监测相比较 生物监测具有综合性与广泛性 即生物监测易被人们所利用 且生物反映了区域环境中各种因素的长期综合特征 12 环境地学调查技术与方法 16 12 2 3环境样品采集点的设置环境样品的代表性是决定环境监测结果的重要因素之一 如果环境样品没有代表性 无论分析测定工作做得多么仔细认真 也得不到正确的监测结果 而环境样品代表性主要决定于采样点的布置是否合理 12 环境地学调查技术与方法 17 12 环境地学调查技术与方法 18 图12 4河段采样断面设置示意图 12 环境地学调查技术与方法 19 图12 5区域土壤与生物采样点设置示意图 a 对角线布点法 b 梅花形布点法 c 棋盘式布点法 d 蛇形布点法 12 环境地学调查技术与方法 20 12 3环境制图基础环境制图是运用地图学原理和GIS技术 编制反映区域环境质量 各种污染物空间分布特征的一项新型专题地图 它以地图或数字地图的形式反映区域环境研究成果 具有形象 直观 可测量和可比性的特点 环境制图已经成为环境科学研究和环境管理的重要手段 12 环境地学调查技术与方法 21 12 3 1环境地图的表示方法针对研究区域内的点状环境信息 线状环境信息和面状环境信息 运用相应的符号来直观表达区域环境特征 符号是一种物质的对象 属性或过程 用它来表示抽象的概念 这种表示是以约定的关系为基础的 12 环境地学调查技术与方法 22 12 环境地学调查技术与方法 23 12 3 2环境地图的成图过程在明确制图区域的范围 编图目标和内容 综合调查研究区域环境特征 环境地图符号 图型和图例设计等工作的基础上 进入环境地图的成图过程 即编图资料的收集和分析 表示方法的选择与符号设计 环境地图的地理底图 环境地图的编绘等 12 环境地学调查技术与方法 24 12 3 3环境地图的底图与编绘在环境地图上应该包括两种内容 一是地理底图内容或者环境背景状况的内容 如城市与居民点 河流 道路 经纬网等 二是环境专题内容 即环境地图所表示的主题内容 12 环境地学调查技术与方法 25 图12 6北京市地面亮温分布图 据 12 环境地学调查技术与方法 26 图12 7英国伦敦城市热岛效应示意图 12 环境地学调查技术与方法 27 12 3 4数字环境制图简介 运用GIS和现代信息技术对环境底图 各种数字环境专题图 环境污染源 大气质量 水体质量 土壤健康状况等 信息进行分层管理 同时也可按不同用户的需求提取相关信息 生成不同系列的专题图件 如矿产资源图 产业结构及其分布图 土地利用图 灾害程度图等 12 环境地学调查技术与方法 28 图12 8环境制图及其底图整合过程示意图 据R W Christopherson 1998年资料 12 环境地学调查技术与方法 29 数字环境地图的编制方法一般是在运用计算机 扫描仪 数字化仪 绘图仪等硬件设备和通用性GIS和制图工具等软件的基础上 通过一次性标准化和数字化 实现既满足数字制图又满足GIS成图需求的目的 12 环境地学调查技术与方法 30 图12 9数字环境制图的一般流程图式 12 环境地学调查技术与方法 31 12 4遥感技术在环境监测中的应用12 4 1环境遥感概况遥感技术是现代环境地学调查和监测的基本方法 在大面积环境背景调查与制图 区域环境质量变化监测 区域污染源监测与评估等方面具有巨大的应用价值 因此它已成为现代环境地学调查制图与动态监测研究必不可少的手段 12 环境地学调查技术与方法 32 世界各国政府都重视中分辨率资源环境卫星遥感的应用 当前全球有10颗左右的中高空间分辨率的遥感卫星 主要应用于资源调查 环境监测 灾害监测 土地利用动态监测等公益性事业 这些卫星主要有美国Landsat卫星 欧空局ERS 1 2以及ENVISAT卫星 日本JERS 1卫星 中国CBERS1卫星 12 环境地学调查技术与方法 33 12 环境地学调查技术与方法 34 遥感图像所显示的是某一时刻特定区域环境的整体性特征 它是地表环境系统的综合反映 任何遥感信息都不是孤立存在的 而是作为区域环境一个有机组成部分表现在影像上 如图形 纹理 色调等直观信息以及各波段发射率的数据信息 不同遥感信息还具有不同的空间分辨率 波段分辨率和时间分辨率 12 环境地学调查技术与方法 35 图12 10基于环境地学和数字环境的环境遥感解译模式 12 环境地学调查技术与方法 36 12 4 2遥感影像的目视解译方法环境遥感影像目视解译是指直接利用经过校正的遥感影像所反映的环境景观的光谱特性 色调 几何形状 阴影 纹理和图形结构等 或间接地应用环境地学相关分析 信息复合分析等方法对区域环境要素组成及其特性的定位 定性与定量的分析和鉴别的过程 12 环境地学调查技术与方法 37 请同学们查阅你所熟悉地区的遥感影像 并通过实地观察与遥感影像解译 了解区域环境状况及其空间分异规律 12 环境地学调查技术与方法 38 图12 11北京西郊遥感影像图 SPOT 2004年秋季 12 环境地学调查技术与方法 39 图12 12杭州市遥感影像图 12 环境地学调查技术与方法 40 图12 13珠江三角洲地区遥感影像图 12 环境地学调查技术与方法 41 12 4 3环境遥感数据自动识别方法借助地理信息系统和计算机技术 采取人机对话方式输入遥感数据与特征地物间的相互关系 然后经计算机按照特定法则自动分类 即依据遥感像元点数据特征识别其类型 与实地类别联系起来 再对各像元进行聚类分析 制出环境类型或环境状况空间分布图的过程 12 环境地学调查技术与方法 42 图12 14环境遥感影像监督分类 土壤类型 过程图式 12 环境地学调查技术与方法 43 大气环境遥感主要监测大气中的O3 CO2 SO2 CH4 气溶胶等污染物及其含量的空间分布 由于这些大气污染物具有各自固有的辐射和吸收光谱特征 故借助遥感传感器测量大气的散射 吸收及辐射的光谱特征值就可以从中识别出这些污染物 12 环境地学调查技术与方法 44 在水环境遥感监测领域中 地表水体的成分一般分为清洁水 溶解性有机物 黄色物质 藻类色素 以叶绿素为主 和固体悬浮物 地表水体中这些物质都以不同强度吸收不同波长的入射光 从而引起水体反射率 向上辐射 水色等表观参数的改变 12 环境地学调查技术与方法 45 土壤植物系统 土地利用状况及环境综合景观的遥感监测一直是遥感应用研究的重点领域 近30年来中国学术界在该领域内已经取得了一系列重要成果 12 环境地学调查技术与方法 46 图12 15云南省滇池沿岸遥感影像的比较分析 据国家环境保护总局 2002年资料 12 环境地学调查技术与方法 47 12 5思考题与个案分析借阅一幅你熟悉地区的地形图 1 50000或1 100000 通过阅读用铅笔标出河流及其流向 山脊 山谷 鞍部 平原 丘陵等的位置 试比较分