摘 要：泥沙运动规律的研究是钱塘江河口河床演变研究的核心问题之一。借助卫星遥感新技术，建立了适合于钱塘江河口水域的含沙量遥感定量模式，经计算、处理、转化卫星数据成悬沙分布状况图，为定量分析钱塘江河口的悬沙特征提供帮助。
关键词：含沙量；ETM图像；钱塘江河口
钱塘江河口悬沙的时空分布是研究钱塘江河口冲、淤变化，泥沙运动的动力学机制和各种主控因子的主要依据，钱塘江河口悬沙的运移和沉降过程，和潮流、地形、地貌形态的变化有直接关系，研究钱塘江河口的悬沙分布变化规律，对于岸滩演变，滩涂的开发利用、河口规划、航道、港口建设等都具有重要意义。若干年来，钱塘江河口悬沙浓度的调查研究、分析模拟所采用的主要手段是现场取样分析，其调查速度慢、周期长，且只能获得在时间、空间分布上都很离散的少量数据，而河口海岸地区水流情况复杂多变，含沙量的时间变化率很大，这种在时、空分布上很离散的采样数据对比精度很差。而用水力学、河流动力学等理论计算，也难以得到满意结果。卫星遥感（RS）技术的发展使这一状况得到了改观，采用遥感定量技术瞬间同步性极好，重复获取数据的周期短，能迅速地获得大面积水域含沙量的资料，能有效地监测含沙量的分布和动态变化，克服了现有常规方法的不足，结合现有的资料分析、数学模型、物理模型等研究方法，相互补充、相互印证，能更好地满足理论研究和海域规划、开发的需要，无疑地，RS加快了悬沙分布资料的积累，势必大大加快悬沙运移规律的研究和认识。根据ETM图像和准同步的实测资料探讨了钱塘江河口遥感悬沙定量模式，将卫星数据转化成为了大面积、同步性较好的表层悬沙浓度分布图，进而分析了钱塘江河口泥沙的运移扩散规律。
2 资料获取与处理
2．1 资料选取
根据钱塘江河口的特点，其变化主要为冬夏之差，年际变化相对较小，并且洪潮比小，因此在选择卫片时，主要考虑不同潮情（大潮、中潮、小潮、涨潮、落潮）、风情（强风、常风）和季节的组合状况，并且还要有对应的实测资料，钱塘江河口局部实测水沙资料较多，大范围资料较少，能与遥感影像相对应的大范围实测资料更少。通过调查分析，本文选取Landsat—7卫星，2000．09．02的ETM图像进行试验，对应的潮汐情况见表1，测点分布见图1。
 
2．2 工作原理和图象处理
悬沙水体的光谱反射特征是建立遥感信息—悬沙浓度定量模型的重要基础，已有的实验表明含沙水体的反射率光谱有两个峰值：位于黄光波段（560～590nm）的主峰和位于近红外波段（760～1100nm）的次级峰。许多研究者研究了两个峰值所在波段海面光谱反射率（Rw）和表层含沙量（S）的关系，发现Rw－S关系具有下列特点：
（1）Rw随着S的增加而增加，即dRw／dS＞0；
（2）变化率dRw／dS不是常量，而是随着S的增加而减少，即d2Rw／dS2＜0；
（3）S＝0时，Rw为一大于0的常量；S较大时，Rw随S的增加迅速趋于一小于1的极值，即limS→0，Rw（S）＞0和1imS→＋∞，Rw（S）＜1；
（4）S＝0时，黄光波段光谱反射率Rw1和近红外波段光谱反射串Rw2与清水相同，趋于一个接近0的常量，此时Rw1≈Rw2；
（6）S＝St时，Rw1＝Rw2，Rw1－S关系曲线和Rw2－S关系曲线有1个对应于St的交点。
2．3 遥感模式的分类
上述特点为建立含沙量与反射比的关系提供了指导，为悬沙扩散的定量分析奠定了理论基础。根据这些特点，众多的学者提出了不同的模式来模拟悬浮泥沙的含量与遥感数据的关系，这些模式的特点一般都是半理论半经验，它们在形式上可分成4类：
（1）线性关系式：R＝A＋BS
该式是最早被学者提出来作为模拟悬浮泥沙含量与遥感数据关系的最简单的关系式。R为水面光谱反射率，A和B为与水体光学性质和太阳与传感器几何关系有关的经验参数，线性关系式仅满足实测关系中的第1和第4个特征，属有限的线性区间内近似表达式。
（2）对数关系式：R＝A＋BlogS
式中R为水面光谱反射率，A和B为与水体光学性质和太阳与传感器几何关系有关的经验参数，对数关系式仅满足实测关系中的第1，2和第4个特征，但反映高含沙量特性的第3和第5，6个特征差别较大，因此在悬浮泥沙浓度不高的情况下，该式能较真实地反映悬浮泥沙与卫星数据的相关关系，但当悬浮泥沙浓度很高时，该式有很大的误差。
（3）Gordon关系式：R＝C＋S／（A＋BS）
式中A、B、C为系数，它是根据准单散射近似公式得到，在实际应用中用得不多，但较有名，Cordon关系式满足实测关系中的第1～6个特征，适用区间包括低含沙量和高含沙量区。
（4）负指数关系式：R＝A＋B（1－e－DS）或In（D－L）＝A＋BS
式中R为水面光谱反射率，L为亮度值，A、B、D为系数各常数项均由与水层内的光学性质和悬浮颗粒粒径有关的参数构成，负指数关系式满足实测关系中的第1～5个特征，但第6个特征差别较大，仍难准确表达高含沙量区的高阶变化。
3 钱塘江河口含沙量遥感分析
3．1 遥感模式建立
在一定波长范围内，影响河口水体反射率的主要因素为悬浮泥沙的散射和后向散射，即卫星传感器接收到的河口水域辐射能主要受悬浮泥沙浓度影响。利用实测悬浮泥沙含量数据与遥感数据进行相关分析，取得实测值与遥感数据之间的定量关系式，再将此式应用于其它像元，即可获得整幅图像中的悬沙浓度值。采用2000．9．5钱塘江河口通道测量的悬浮泥沙含量数量为依据，与遥感数据进行相关分析，比较上述各模式精度，结果见表2。可见，相比之下线性模式和对数模式有较高精度，而单一波段精度较差，可见只利用某一个波段，并不能很好地反映出泥沙各浓度级的信息，表2还表明对钱塘江河口悬沙敏感波段主要是TM4波段及其与TM1、TM2波段的组合，为了简单和应用方便，定义泥沙指数（SI＝TM4／TM2）为对泥沙浓度变化较为敏感的特征参数，以反映含沙水体在不同波段的响应特性，它综合应用了TM4、TM2两个波段的光谱信息，从而建立泥沙指数与实测含沙量之间的关系，得到钱塘江河口遥感定量模式（图2）为：
3．2 表层悬沙浓度分布状况
分析2000年9月2日，农历8月5日的表层悬浮泥沙分布状况，可以看出本幅图像的特征是：整个水域表面含沙量自外向内逐步递增，存在较明显的含沙量分区，存在高含沙量区和低含沙量区，其中南汇、庵东、萧山等区域泥沙含量较高，金山～乍涌北岸区域较低。口外表层悬浮泥沙含量大多在0．3kg／m3，口门在0．3～0．6kg／m3之间，金山在0．6～0．9kg／m3之间，庵
东滩地前沿含沙量大于2kg／m3。杭州湾各浓度级的面积见表3，可见水域表层含沙量以小于1kg／m3为主。
2．3 钱塘江河口模式与其它河口遥感模式比较
收集到的国内河口遥感定量模式主要有：
（1）长江口（何青、恽才兴、时伟荣）
比较相关系数，除伶仃洋的模式精度与本文模式相当外，其它模式均相对较差，相对而言本文模式更具有形式简单的优点。
4 结 论
钱塘江河口悬沙变化受到流域来沙量、挟沙能力、海洋风浪和潮汐等多种因素影响，泥沙变幅大、变化迅速，因此，用水力学、河流动力学等理论计算，是难以得到满意结果的，而卫星遥感数据可提取出水体悬浮泥沙信息并具有覆盖面积大、重复周期短等特点，用卫星数据配以适当的定量模式和计算机数字图像处理，可以定量监测河口泥沙的浓度分布、扩散范围、扩散途径等，这是进行河口泥沙研究的一种新途径，本文初步试验表明对表层含沙量是有可能建立较好关系的，进而将卫星数据转化成为悬沙浓度分布，为分析钱塘江河口泥沙的运移扩散提供了新的手段。
悬浮泥沙遥感定量研究的优势在于能获得研究水域表层泥沙浓度场空间分布的动态变化信息，但从应用的角度，还需建立表层悬浮泥沙含量与垂线平均含沙量的相关关系，鉴于钱塘江河口泥沙问题复杂，含纱量变幅较大，这种相关关系难以归纳为一个统一的模式。因此目前这一工作尚属初级阶段，但可以确信，随着遥感技术的发展和资料的积累，她必将成为监测河口泥沙运动、滩槽变迁的一种有效方法，建议收集更加系统和广泛的遥感资料并结合高精度同步现场观测资料对钱塘江口泥沙运动规律的进一步深入探讨，遥感模式也可采用增加波段组合、分级处理等方法来提高精度，从而使河口泥沙的遥感研究步入一个新的更高阶段，为钱塘江河口规划提供服务。
1．何青，恽才兴，时伟荣．长江口表层水体悬沙浓度场遥感分析．［J］自然科学进展，1999．2．
2．陈鸣，李士鸿，刘小靖．长江口悬浮泥沙遥感情息处理和分析．［J］水利学报，1991．5．
3．温令平，伶订洋．悬浮泥沙遥感定量分析．［J］水运工程，2001．9．
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