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遙測技術應用於懸浮泥砂濃度定量估算之研究

為了解決牡丹水庫即時影像的問題，作者謝明霖 這樣論述：

遙測方法具有近即時、大範圍及長時間監測等優點，改善傳統方法的缺點，提升對於水中泥砂時空分佈監測及含砂濃度推估之能力。所謂的水色(water color)是指水體在可見光及近紅外光波段的反射光譜所組成，隨著水體組成物質及含量所產生不同的顏色變化，正如肉眼所見的顏色差異一般。唯目前針對懸浮泥砂的光譜特性尚未完全掌握，因此在估算的精確度上仍有突破的空間，本研究希望藉由商用輻射傳輸模式－HYDROLIGHT模擬、現場光譜採樣與水槽試驗三個方向探討懸浮泥砂的光學特性，包括泥砂種類、濃度及粒徑大小等三個最大的影響因素。研究首先透過HYDROLIGHT輻射傳輸模式的模擬，根據模擬的條件設定探討懸浮泥砂在「

環境組成」及「泥砂種類」等兩大因素下之懸浮泥砂光譜反射率，利用遙測反射率第一峰值特性訂定不同懸浮泥砂種類之遙測定量特性波長。在可見光的範圍內，可以將光譜波長鎖定在600-700nm區間，以本研究之選定之懸浮泥砂種類為例，各特性波長分別如下：紅色黏土（650nm）、棕壤土（675nm）、黃色黏土（700nm）及鈣質砂土（600nm）。利用遙測技術進行懸浮泥砂濃度的定量方法，由於懸浮泥砂固有光學特性的資料有限，透過理論解析的方法還有待後續持續研究，因此目前多採用經驗或半經驗的統計方法進行定量分析。本研究修訂目前最常使用的「遙測泥砂指數」，針對水庫及河川等兩種內陸常見之水域以現地水樣之高光譜的峰值波

長取代衛星波段，達到不錯的定量分析結果。透過輻射傳輸的模擬及現場水域的高光譜遙測定量分析，針對懸浮泥砂的遙測定量分析獲得初步的瞭解，然而無論是遙測光學技術還是目前常用的光學式懸浮泥砂量測技術都具備一個共同的缺點－粒徑影響，因此，針對懸浮泥砂顆粒粒徑進行室內水槽光學實驗。根據實驗結果顯示，透過生光模式理論的比吸收係數概念，懸浮泥砂的比吸收係數與可見光光譜波長成指數衰減關係。進一步探討比吸收係數特性與泥砂顆粒粒徑的關係發現，無論單一泥砂種類或是現場混合泥砂，懸浮泥砂之比吸收係數與泥砂顆粒粒徑成「反比」關係，而且相同泥砂顆粒粒徑下，不同水域之現場混合泥砂，其比吸收係數特性亦有所差異。根據目前的研究結

果，可以將懸浮泥砂遙測定量分析分成二個階段，第一階段是短期應用，可以應用衛星進行大規模水域整體濃度的分佈概況或利用高光譜儀結合遙測泥砂指數的定量分析方式提高單點濃度估算的精確度；第二階段則是有待後續研究的持續進行，在粒徑及種類等影響因素的固有光學特性資料庫建立完全後，則可以透過理論解析的方式直接進行外顯光學特性及水中組成成分的相互推算。