中国报告大厅网讯，在环境监测领域，对水体重金属浓度的精准监测至关重要，其中硫酸铁行业作为常见于金属尾矿废水的物质，其浓度监测意义重大。传统人工采样监测手段在面对大面积水域时，存在效率低、覆盖范围有限等问题。卫星遥感技术凭借其覆盖范围大、可周期性重复覆盖以及有助于发现与追溯污染源等优势，为水体重金属浓度监测提供了新的途径。然而，由于自然水体重金属含量低，其光谱响应微弱，学界对能否通过卫星图像实现准确监测一直存在疑虑，这在一定程度上阻碍了该领域的发展。为突破这一困境，相关研究聚焦于利用遥感敏感性分析模型，深入探究硫酸铁在不同水体背景下的遥感反演下限浓度，以推动水体重金属遥感监测技术的进步。

  一、研究区域与实验设计

  (一)研究区域选取

  广东省北江流域上游区域因有大宝山金属矿区，且流域周边分布着重金属污染型工厂，自然河流出现重金属污染的概率较高，成为开展水体重金属遥感研究的理想区域。在此区域内，选取了三处具有代表性的光谱测量点，分别为 #B、#D、#E。其中，#B 位于广东韶关大宝山南边尾矿水处，其位置经度为 113°43'28.66"E，纬度为 24°30'58.24"N，作为重金属尾矿污染水体背景的代表;#D 位于广东清远长湖水库南边石英砂厂旁河流，经度 113°30'10.8"E，纬度 24°5'52.8"N，代表浑浊水体背景;#E 位于广东韶关钢铁冶炼厂附近的北江干流段，经度 113°33'18.51"E，纬度 24°43'12.98"N，代表富营养化水体背景。此外，还设置了理论清深水体 #Z 作为对比参照。

  (二)实验方法原理

  采用特定的水质遥感模型结合遥感敏感性分析模型，建立起硫酸铁可遥感反演下限浓度与探测传感器灵敏度的函数关系。本研究以中国环境卫星 HJ-1A 搭载的高光谱传感器 HSI 为例获取仪器参数，模拟结果波段也重采样至与该传感器波段设置一致。本实验中三种自然水体的现场水体反射率测量结果来自前期野外实验的另一组独立测量数据，每组光谱采集数量为 30 条。为便于后续分析，样点名字、经纬度与背景水体类型对应关系明确记录，更详尽的地理位置分布、水质化验结果以及样点离水反射率和相关系数的处理方法可参考前期研究。

  二、实验结果与分析

  (一)实验结果呈现

  《2025-2030年中国硫酸铁行业市场深度研究与战略咨询分析报告》通过对理论清深水体利用特定模型模拟，以及对三种自然水体现场测量并处理后，得到了四种水体在波长 355 - 955nm 的反射率光谱曲线。进一步联立式子(1) - (4)，计算出四种水体类型背景下硫酸铁的可遥感反演下限浓度随波长变化曲线，并将计算结果重采样至与 HSI 传感器波段设置一致。由于计算结果取值跨度较大，采用常用对数坐标显示。其中下限浓度越低，表明遥感反演的敏感性越高，因此重点关注曲线的低值区结果。对理论清深水体背景下硫酸铁下限浓度光谱曲线模拟结果显示，在波长范围 460.040 - 951.54nm(Band1 - 115)内，遥感反演下限浓度光谱曲线最小值为4.63A~—10−4mg⋅L−1，出现在 468.530nm 处，对应 HSI 传感器的第 5 波段(Band5)。若考虑下限浓度最小值增量 10% 所在的波段为敏感波段集，则敏感波段范围为 460.040 - 479.600nm(Band1 - 10)。在波长范围 721.605 - 951.540nm(Band81 - 115)，由于理论清深水体反射率接近于 0，此情形下下限浓度不存在。

  (二)硫酸铁遥感敏感性分析

  在理论清深水体背景下，硫酸铁的遥感反演下限浓度随波长变化而变化，且取值跨度大。其最小值出现在 468.530nm 处，对应 HSI 传感器第 5 波段。适当扩展最小值邻域范围，将下限浓度最小值增量 10% 所在波段考虑为敏感波段集，有助于构建用于模型反演的特征波长集合。而在 721.605 - 951.540nm 波长范围，虽下限浓度不存在，但这些波段在未来遥感反演中仍可能有其他用途。

  在三种自然水体背景下，同样可获取硫酸铁可遥感反演下限浓度最小值及所在波长位置，以及最小值 10% 增量的波段范围。对比四种背景水体下硫酸铁可遥感反演下限浓度最小值及其波长位置与最小值 10% 增量的波长范围，发现从该值大小来看，四种背景水体下硫酸铁可遥感反演下限浓度最小值大小关系为：理论清深水体<浑浊水体<富营养化水体<重金属尾矿污染水体。这表明与理论清深水体相比，三种自然水体背景下遥感敏感性相对下降。但通过模型计算，明确了以 HSI 传感器为例的硫酸铁具体遥感反演下限值浓度的取值区间，随着光谱探测技术发展，未来新一代传感器有望提高遥感敏感性。

  从最小值出现的波长位置(范围)来看，硫酸铁在三种自然水体的模拟结果均向图像受大气影响作用越来越小的长波方向移动。这是因为硫酸铁吸收主要在紫蓝光等短波波段，而实验中三种自然水体反射峰主要在可见光长波位置。在理论清深水体背景下，当硫酸铁吸收作用为主导时，最小值出现在可见光短波位置;而自然水体中其他杂质吸收作用占主导时，该值出现在与该类水体反射最为强烈的波长位置附近，说明波长位置移动方向由硫酸铁本身吸收系数光谱和自然水体反射率光谱共同决定。此外，在理论清深水体某些近红外波段不存在的下限浓度值，在三种自然水体背景下重新出现，这是由于自然水体中杂质复杂，大颗粒杂质增加水体后向散射能力，使这些波长下反射率包含了硫酸铁等宝贵水质信息，当放宽最小值增量百分比后，这些波段可作为反演其浓度的候选敏感波段。

  三、研究总结

  本研究通过对硫酸铁在理论清深水体、浑浊水体、富营养化水体以及重金属尾矿污染水体四种水体类型背景下的深入研究，模拟计算出可遥感反演的下限浓度光谱曲线。明确给出了各自的下限浓度最小值及对应的波长位置，并进行了详细的对比分析，得到了重要的变异规律。

  一方面，通过特定模型模拟出利用遥感等光谱探测技术进行硫酸铁等铁元素浓度提取的可观测下限浓度光谱结果，这有助于从众多波段中缩小寻找 “最佳敏感波段组合” 的范围，对后续反演构建敏感波段组合策略具有重要指导意义。另一方面，研究发现硫酸铁反演下限浓度随自然水体本身主导的光谱响应特征变化而变化，下限浓度最小值及出现的波长位置由硫酸铁本身光学参数和背景水体反射率二者特征决定，且服从相关模型所揭示的函数关系。研究结果给出了通过遥感图像实现重金属反演的最小浓度值，为未来判断能否实现卫星层面的水体重金属浓度监测提供了坚实的理论基础和重要参考依据，有力地推动了水体重金属遥感领域的发展，也为2025年硫酸铁行业在环境监测技术方面的应用提供了新的思路和方法。