基于水體顏色的景觀定量評價方法

張美艷 蒲迅赤 常 欣 張菁菁

（四川大學水利水電學院 四川成都 610065）

1 研究背景

水體景觀質量是環境質量中至關重要的一個部分[1]。在環境影響評價過程中，特別是當工程涉及到一些環境敏感區域，水體景觀質量評價就成為環境影響評價中不可忽略的一個部分[2]。水體景觀顏色變化又是水體景觀質量變化的重要體現，對變化程度進行評價，若同一處水色由淡藍色變為紅褐色，則通常認為其變化顯著；由淺綠變為深綠，則通常認為變化較小。但以上表述僅為肉眼定性結論，目前尚沒有針對水體表觀顏色變化的定量評價方法。

水的表觀顏色是表征水體環境的重要因素，它與水體中的化學成分、物理性質等都有密切的關系[3]，而對于水體表觀顏色尚無國標測量方法。故余婭麗等[4]提出了根據水體的反射光譜定量描述水體表觀顏色的“光譜模型法”，該方法根據水體對可見光的反射、吸收和散射的光學特性，利用水體對自然光的反射光譜，建立了水體色刺激函數的計算方法，并在此基礎上，建立了基于CIE色品圖[5]的水體表觀顏色光譜模型，可利用水體的反射光譜計算得不同色系不同深度水體表觀顏色的CIE色品坐標。

本文在確定水體表觀顏色的反射光譜模型法的基礎上，根據水體表觀顏色的色品坐標的變化，討論建立適用于不同水體表觀顏色變化的定量評價方法，為水體景觀評價提供參考，提高其評價結果的嚴謹性與全面性。

2 水體表觀顏色變化評價方法的建立

結合表觀模型法和CIE色品圖，建立水體顏色變化評價方法。整個體系包括五部分：計算水體顏色色品坐標、建立新的色品坐標系、色品圖分區、確立評價指標和確立評價標準。

2.1 通過水體光譜模型法[4]計算水體表觀顏色色品坐標[5]

根據輻射度學基本理論以及水體的光學特性，確定進入到人眼的光輻射的光譜組成，稱為色刺激函數φ(λ)。在此基礎上，采用CIE色度計算方法計算得到水體表觀顏色色品坐標（x,y）。該光譜模型由方程(1)、方程(2)、方程(3)三組方程構成:

t1為光輻射由空氣入射水體的透射率，t2為水中到空氣中的雙向輻射透過率，水面接近于正常的平面,典型的t1可取0.96，t2可取0.98；a(λ)為水體的光譜吸收系數，bb(λ)為光譜后向散射系數，均可通過查詢經驗值或進行相應的基理實驗得到；Δh為垂向分層每層深度；i為層數;Фs(λ)為空氣中入射水體的光譜輻射功率，計算中光源采用國際照明委員會（CIE）推薦采用的模擬日光時相的標準光源 D65P(λ)；x(λ)、y(λ)、z(λ)是 1931CIE 色度系統的光譜三刺激值，均可查詢CIE標準色度觀察者光譜三刺激值表得到；k為調整系

2.2 建立新的色品圖坐標系

色品圖是以不同的色品坐標（x,y）表示所有物理上可實現顏色的平面圖[5]，本文所用為CIE1931標準色品圖，其中心點O代表等能白光點，其色品坐標為x=0.3333，y=0.3333，見圖2.2.1。為方便描述顏色變化程度，在上述色品圖基礎上重新建立極坐標系,以等能白光點O（0.3333，0.3333）為中心基點，正向x軸為極軸，逆時針方向為正向，色品圖上任一點 A（x,y）極坐標表示為 0A（θ，r），θ 為正向極軸逆時針旋轉至OA旋轉角度，r為0A長度，見圖2.2。根據數學方法將色品坐標（x,y）轉化為極坐標（θ，r），見下式：

2.3 色品圖分區

色品圖上顏色變化不均勻[5]，為便于評價，將色品圖分為紅色系區域、綠色系區域、藍色系區域和紅綠漸變區、藍綠漸變區、紅藍漸變區6個區域。分區方法為從正向x軸開始，以θ=10°為間隔，r=0.2為半徑，形成36個交點。通過大量問卷調查[6][7]的方式選出顏色差異最明顯的3組相鄰點，其角平分線為分界線，各分界線前后各取10°構成各漸變帶。具體分區結果見圖2.3，表2.3。

圖2.2 色品圖極坐標系

圖2.2 色品圖極坐標系

表2.3 色品圖分區結果

2.4 確定評價指標

顏色變化由兩點在色品圖上相對位置決定。在同一色系區域內，任意兩點 A(θ1，r1)、B（θ2，r2）的顏色變化大小與 Δθ=|θ1-θ2|或360°-|θ1-θ2（|0°≤Δθ≤180°）和 Δr=|r1-r2|成正比；而不同色系區域內，任意兩點的顏色大小與Δθ和R=r1+r2成正比。故選擇Δθ、Δr與R為水體顏色變化的評價指標。

2.5 確立評價標準

由于色品圖顏色變化復雜，無法用統一定量規律進行描述，故在色品圖分區的基礎上以問卷調查和數理統計[6][7]的方式確定評價標準。以白光點O為圓心分別令r=0.1、0.2、0.3……為半徑在色品圖區域內作同心圓，并在各區內以30°為尺度劃分區域，形成交點。以問卷調查的方式確立評價標準，將調查過程分為同一區域與不同區域，評價等級分為較小、一般和顯著三類，評價同一區域和不同區域內任意兩點顏色差異，調查過程太過復雜此處不再贅述。整理各同色系區域與不同色系區域調查結果，確定評價標準見表2.5。

結語

對于任意兩處水體，通過光譜模型法計算色品坐標，并根據公式轉化為極坐標，經確定所在區域和計算評價指標后，查看評價標準表即可對該兩處水體顏色差異做出評價。水體表觀顏色定量評價方法的建立，突破了目前只能定性評價水體顏色變化的局限，為水體表觀顏色變化的評價提供了新的研究方向和參考指標，提高了水體景觀評價的準確性。

但由于實驗條件有限，進行分區和問卷調查工作時不夠精細，未考慮不同條件下人眼對顏色的敏感度等影響因素，且調查對象較少，故評價方法比較粗糙，可在加強實驗條件下進一步細分，提高評價方法準確性；未進行實際水體評價，評價方法適用性需要進一步驗證。