热电厂对云南地区水质影响的研究
背景
随着经济的快速增长，电力需求急剧增加。热能发电仍然是中国的主要发电方式，2017年总发电量达到6.5万亿千瓦时，其中燃煤电厂占比超过71%。此外，水通常被选作冷却介质。2015年，中央政治局常务委员会通过了《水污染防治行动计划》（水10），旨在加强水污染治理，确保国家水资源安全。该计划要求到2020年，七大河流域中70%以上的河段水质达到或优于III类标准。云南省位于长江和珠江两大流域的交汇处，虽然九大高原湖泊的流域面积仅占全省面积的2.1%，但它们在云南经济和社会发展中扮演着重要角色，每年贡献超过三分之一的GDP。近年来，随着工业和旅游业的发展，阳宗海和滇池的水质迅速恶化。
方法
为了识别非法排放源并监控主要污染源的排放情况，评估水温、叶绿素浓度和透明度的时间和空间变化，研究采用了卫星遥感技术。通过开发三个模型分别代表历史情况，并利用卫星数据进行长期趋势和整体变化分析。研究假定排放的热水会通过提供温暖且富含养分的环境促进浮游生物和植物生长，从而破坏水生生态系统。研究发现，热电厂排放的热水可能导致多种水质问题，包括水温升高（热污染）、悬浮颗粒物浓度增加以及水体化学成分改变。然而，由于卫星技术主要用于揭示相关性而非因果关系，本报告未讨论中间过程。
数据获取与处理
为了获得足够的时间序列数据，研究将时间范围扩展至2006年至2018年。数据预处理步骤包括辐射校正（针对Landsat5 TM和Landsat8 OLI图像）、传感器类型校准、区域类型校准、基于光谱特征去除云噪声。具体方法如下：
- 辐射校正：针对Landsat5 TM和Landsat8 OLI图像进行辐射亮度校正。
- 传感器校准：基于每个图像获取的参数（季节、气溶胶模型、大气模型、可见性等）、研究区域的高度和类型进行校准。
- 图像分割：采用面向对象的图像分割技术提取阳宗海和滇池的边界矢量。
- 提取区域：利用矢量边界作为掩码提取阳宗海和滇池区域。
- 去噪：基于光谱特征去除云噪声。
模型构建
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水表面温度模型：基于大气校正法反演水表面温度。公式如下：
[
L_\lambda = \varepsilon B(T_s) + (1-\varepsilon) L_d \tau + L_u
]
[
B(T_s) = \frac{L_\lambda - L_u - \tau (1-\varepsilon) L_d}{\tau \varepsilon}
]
[
T_s = \frac{K_2}{\ln \left(\frac{K_1}{B(T_s)} + 1\right)}
]
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透明度模型：透明度的变化主要受光学组分（藻类、非藻类颗粒、黄色物质）的影响。透明度是评价富营养化的重要指标，直接反映了湖泊的清澈程度和浑浊度。通过红光和近红外波段反射率特性建立透明度模型：
[
\ln(SD) = a \times \left(\frac{B_{Green}}{B_{Red}}\right) - b
]
-
叶绿素浓度模型：基于同一水域的经验模型，通过近红外波段与可见红波段比值建立叶绿素A（Chla）模型：
[
\ln(\text{Chla}) = a - \frac{b}{\frac{B_{NIR}}{B_{Red}}}
]
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评估模型：根据中国环境监测站的《地表水环境质量评估方法》，采用GB3838-2002标准评估地表水质量。湖泊和水库的营养状态评估指标包括叶绿素A（Chla）、总磷（TP）、总氮（TN）、透明度（SD）和高锰酸钾指数（CODMn）。营养水平从1到5不等，分别为贫营养、轻度富营养、中度富营养、重度富营养和极重度富营养。具体公式如下：
[
\text{TLI}(Chla) = 25 + 10.86 \ln(\text{Chla})
]
