环境地学-赵烨-第12章

12-环境地学调查技术与方法112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212.1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412.1.2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812.1.3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1012-环境地学调查技术与方法1112.2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1212.2.1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1412.2.2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1612.2.3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1712-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2012.3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2112.3.1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2212-环境地学调查技术与方法2312.3.2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2412.3.3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weather.news.sina.com.cn/news/2007/0822/24797.html，2007年资料）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2712.3.4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3112.4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3312-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3612.4.2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4112.4.3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4712.5思考题与个案分析1.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。2.试比较分析物理化学监测与生物监测的特点。3.查阅相关资料试说明如何制备土壤环境样品，以及制备样品过程中应该注意哪些问题。12-环境地学调查技术与方法484.环境地学调查方法通常有资料收集与分析、环境现场调查观测与采样分析、环境遥感调查分析三种方法，结合你的学习与观察，试举例说明这三种方法的特点。5.在本章学习的基础上，通过查阅相关资料试绘制你所在校园的综合环境图(比例尺1:5000，包含教学楼与区、生活楼与生活区、公共服务区、文体活动区、绿化区、主要道路，以及可能的环境影响)。