绪论

湖泊的富营养化是我国淡水湖近年来所面临的一个普遍环境污染问题，水体富营养化的主要表现在污染水域蓝藻的国度生长引起严重的水华现象，这个现象在人口居住密度大、生活密集区更为突出。太湖是长江中下游五大淡水湖之一，位于今江苏省南部，太湖流域人口居住密集，城市城镇化程度高，近年来，地区经济飞速发展的同时也导致了水体污染的加重，湖泊富营养化的问题越来越引起人们的担忧。造成湖泊水体富营养化的原因是水体本身受到污染使水体中的N、P元素过高。而N、P元素是植物生长需要的营养元素，富含N、P元素湖泊水体会使水生植物比如蓝藻得到充分的营养从而疯狂生长。再者，夏天的湖水的温度相对于其他季节较高，而较高的湖水温度会有利于蓝藻的生长环境。所以在蓝藻疯长不加控制的情况下，疯长的蓝藻会覆盖整个湖面，消耗水中的氧气，从而导致湖泊中的其他水体动植物的死亡，因此，疯狂生长的蓝藻破坏了太湖原有的生态系统，打破了太湖水域生态系统的平衡，而生态系统一旦遭到破坏就会影响太湖水域水体的各项健康指标，最后严重的污染太湖流域的水，最后对周边居民的生活、国民经济的发展造成不利影响。

遥感是1960年发展起来的对地观测技术，是指运用探测仪器不和探测目标相接触，从远处把地物的电磁波谱信息记录下来，通过对地物电磁波谱的分析，得出所研究区域所监测的地物的光谱特征信息，从而为研究提供可靠的用于分析的数据。遥感在资源与环境方面的监测相对与传统的方法有着巨大显著的优点：首先，遥感采用的是高空成像，从高空上拍摄出所要监测的地物目标，具有宏观性的特点，使大面积的同步观测成为可能。其次，遥感监测的速度快，周期短，传统的监测方法完成一次监测需要耗费大量的时间与精力，往往完成一次监测后会影响第二次监测的最佳时期，尤其是对于具有时令性质的植物而言，但是采用遥感成像技术，对目标区域监测一遍的时间很短，有的高时相分辨率的遥感可以每天都过境一次，这样短的时间间隔会大大提高遥感监测的效益，对于提供强有力析论证具有重大的现实意义。

本次研究是研究太湖蓝藻的水华爆发情况，采用MODIS影像来进行蓝藻的提取与处理，众所周知，MODIS卫星提供的影像在全球范围内可以免费接收，这一方面为太湖蓝藻监测降低了成本，另一方面MODIS卫星是一颗高时相的卫星，这颗卫星的回访周期短，并且卫星监测覆盖的范围广阔，其卫星的波段涵盖了可见光、近红外、远红外几乎所有的波段范围，再者，MODIS卫星提供有1KM、500m、100m分辨率以及用于几何纠正的标准分辨率的影像，所以，总体来看，选择MODIS卫星来对太湖水域进行蓝藻水华现象的监测与分析是一种符合监测指标，满足监测要求，得出的监测结果亦具有相当程度的可靠性。

近年来，运用遥感手段用于太湖蓝藻水华爆发规律的研究技术已经相当成熟，具体的研究成果也相当丰富，可以参考的资料也很丰富，典型的用于太湖蓝藻水华爆发现象研究的主要有：利用多源卫星遥感影像的的建立模式，利用建立的模式成功地获取了天气晴好条件下研究区域水华面积和蓝藻的空间分布特征，这种模式在太湖水域得到了很好的应用，其应用的结果也取得了很好的效果，监测的结果分析了近几年来年来太湖蓝藻水华暴发的大致时间段以及出现蓝藻水华现象的主要区域，以及区域的迁移状况；结合遥感图像处理中植被指数的算法，对短期内蓝藻发生区域的变化予以反映；再者有利用免费提供的MODIS影像 数据开展了研究区域蓝藻水华时间、空间分布规律的探索，当然，根据温度对蓝藻水华现象的影像，利用MODIS影像的热红外波段来反演蓝藻的光谱发射特性，，再利用影像上的光谱反射特性来分析出太湖水域不同湖区的蓝藻分布情况以及蓝藻水华的爆发频率。总之，利用遥感MODIS影像在蓝藻水华方面的研究都 取得了预期的效果，达到了用于蓝藻水华治理防治的目的。

遥感技术用于蓝藻信息提取方面的应用取得进步是让人欣慰的，但是遥感技术在较短时间的范畴内以期获得蓝藻随时间变化规律的监测效果却是不尽人意，因此研究者为了获取在一段时间范畴内的太湖湖区的蓝藻水华变化信息就需要采用一段较长时间序列的MODIS影像，来分别进行处理达到预期的效果。因此，本次研究为了通过研究得出近几年太湖水域蓝藻水华现象爆发的变化，以及太湖各湖区发生蓝藻水华现象面积的变化，本次研究将采取一段时间序列的MODIS影像用于研究，将其结果运用于相关蓝藻治理部门的预警与决策。

1 研究区域的基本情况

1.1 研究区域的选择-太湖

伴随着中国现代化工农业一体化的迅速发展，城镇化进程的不断加快，再人民群众环保意识的落后，每年全国各地都有大量的工业废水、生活污水、以及农业灌溉废水等污染水大量流入河流、湖泊、海洋。2007年4月份，中国第三大淡水湖太湖出现严重的蓝藻水华现象，5月28日，位于太湖湖区的贡湖水域的城市饮用水水源地受到污染，使得自来水出现恶劣的恶臭现象，为太湖附近的居民用水带来极大的不便。太湖蓝藻水华事件之后不久，位于安徽境内的巢湖又出现大面积的蓝藻水华现象。

中国是一个湖泊资源丰富的国家，在中国境内存在大大小小的湖泊约20000多个，中国的湖泊数量约占世界湖泊数量的1/10。据统计，面积超过1KM2的湖泊数量约有2300个，面积超过71KM2的湖泊数量约占全国陆地面积的0.80%，根据环保部门的资料显示：对中国境内的25个大中型湖泊的调查，水体富营养化而受到蓝藻影响的约占92%，可谓中国湖泊受蓝藻水华的污染程度已经到了刻不容缓的地步。

本次对蓝藻水华现象的研究，选择的研究水域是太湖水域。近年来，受到蓝藻水华影响典型的湖泊水域主要是滇池、巢湖、洪泽湖、太湖、洞庭湖、白洋淀等等，其中太湖发生的严重的水华现象是在2007年的4月份，而本文的研究重点是蓝藻水华的预警与防治，太湖水域发生蓝藻水华现象后，国家和政府部门组织有效力量来用于太湖蓝藻水华的治理，因此选用太湖作为研究区域一方面是因为太湖水域具有较大的面积，在处理太湖地区的影像数据提取太湖湖区是方便操作，另一方面是因为太湖发生水华现象距今时间不长，监测太湖的蓝藻水华现象的变化可以有助于评估太湖蓝藻水华现象的治理效果。再者，针对于太湖蓝藻水华现象的研究已经成为环境保护方面研究的热点，这方面研究取得成果很丰富，所以选用太湖作为研究区域开展研究有着丰富的理论和技术可供参考。 1.2 蓝藻水华的危害性

一方面，蓝藻水华的疯狂生长，会使得整个的湖面都会被蓝藻覆盖，使得水中的氧气溶解量降低，水中氧气溶解量的降低，会使得原本在水中生存的生物例如：鱼类、虾类等因为缺氧而死亡。每一个湖泊中都存在着经过生物进化形成的完善的生物链，而蓝藻的生长致使湖泊中鱼虾等一些生物的死亡，最终会引起湖水中生物链的破坏，使得湖泊中原有生物的循环、能量的流动遭到影响，最终使得水域中的生物物种单一，水体的功能破坏。另外，大量的浮游生物在每一年的

凋亡期会产生大量的尸体，尸体在外界生物作用下腐烂后会沉积湖底，造成湖底水平面的上升，使得湖泊随着时间的推移逐渐的变浅，陆地化现象加重。

其次，大量的湖泊表面存在着厚重的蓝藻，会使得原本清澈见底的湖面变得混浊，水体的可见度下降，造成的感官性下降，使得其原本具有的美学价值降低。有些区域的湖区，具有很好的旅游开发价值，能为当地人的生活带来丰厚的改善，可是这些水域一旦被蓝藻水华覆盖，就会使当地的旅游业瘫痪，水上的娱乐项目必须停止，造成的旅游效益的损失也就是无可估量。

另一方面，蓝藻带来的直接影响就是蓝藻会毒害水生生物，影响水源地水源。蓝藻中含有大量的藻毒素，其蓝藻死亡腐烂后会使得蓝藻中富含的藻蓝素融入水体中，水中的生物长期活动在含有藻蓝素的水体中致使其死亡。另外，微囊藻毒素中含有的MCs是一种常见的环状七肽肝毒素，能够诱发肝癌的发生，，MCs的存在会对水体的健康指标造成严重的威胁。在国际上，1996年的巴西，大约有100多人误饮用含有MCs的水而导致急性的肝功能障碍，其中50多人因为情况严重而为此丧失宝贵的生命，这起事件引起全球多个国家的强烈关注，科学研究表明，居民生活饮用水中含有的MCs的含量与居民发生肝癌的概率成正比。再者，含有藻蓝素的水体不仅会在湖泊中大量的繁殖蓝藻，还会在自来水公司建立的自来水供水设备中大量繁殖蓝藻，引起水源的二次污染，情况十分严峻。

综上所述，研究蓝藻的生长特性，掌握蓝藻水华的爆发规律以抑制蓝藻的疯狂生长具有十分重大的意义。 1.3 太湖蓝藻水华的治理情况

湖泊富营养化是当今世界中环境所遭到威胁的主要原因之一，而湖泊富营养化的最终结果就是水流域的蓝藻疯长，太湖的水污染的主要原因就是蓝藻疯长引发严重的水华现象导致太湖水质的破坏。夏天大量生长的蓝藻堆积在一起，在温度、光照和生物存在的情况下，大量淤积的蓝藻会逐渐的腐烂，腐烂后的蓝藻堆积在湖面上会引发强烈的恶臭，2007年太湖附近的居民使用的自来水中带有浓烈的腥臭味，其真正原因就是城市居民饮用水的水源离蓝藻堆积区比较近，蓝藻的腐烂对饮用水的水源造成污染，引发了城市生活居民的“水荒”现象。

当前，用于蓝藻治理的研究理论成功很是丰富，2007年太湖蓝藻水华现象发生后，引起了当地政府和有关环保、水利部门的高度关注，甚至是国务院温家宝总理也就这个太湖蓝藻治理问题作出重要批示，此后，大量的研究人员、部门人员就太湖蓝藻治理展开专项的立案研究。所以，至此，太湖蓝藻水华现象的研究理论成果已经相当成熟，本次研究也是基于太湖蓝藻水华现象的产生、迁移、扩散的研究，但是，真正有效用于太湖蓝藻治理的方法却很少，尽管有不少的专家、学者提出利用物理、化学、生物的方法来杀死蓝藻以抑制其疯长。但是，利