新型應急技術在突發(fā)環(huán)境污染中的應用

曲茉莉 王強 邢潔 曾紅云

摘要：近年來，隨著我國綜合國力的增強，人口日益集中，社會活動強度增大，突發(fā)環(huán)境污染事件頻發(fā)，對社會、經(jīng)濟、人民財產(chǎn)安全構成了巨大威脅。為減少突發(fā)污染事故造成的損失，政府對應急技術的研發(fā)和整合高度重視?，F(xiàn)代應急技術在突發(fā)環(huán)境污染事故的事前防范、事中處置和事后修復過程中均起到至關重要的作用。該文就先進的無人遙感技術、現(xiàn)場應急監(jiān)測技術和現(xiàn)代化環(huán)境信息技術在突發(fā)環(huán)境污染應急過程中的應用進行了綜述，旨在為應急方案的制定拓展新思路，為管理者制定應急決策提供技術支撐。

關鍵詞：突發(fā)環(huán)境污染應急技術 無人機 無人船 現(xiàn)場應急檢測 環(huán)境信息

中圖分類號：X5 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）05（b）-0093-02

20世紀初，美國、德國、日本等發(fā)達國家由于工業(yè)生產(chǎn)領域重大污染事故頻繁發(fā)生，開展了突發(fā)環(huán)境污染事故防范與應急的相關研究，開發(fā)了各種類型事故處理處置技術[1]。近年來，隨著我國工業(yè)經(jīng)濟的飛速發(fā)展，環(huán)境領域污染事件頻發(fā)，松花江水污染、蘭州水污染等重、特大環(huán)境污染事故的發(fā)生，對社會、經(jīng)濟、人民財產(chǎn)安全構成了巨大威脅。針對突發(fā)環(huán)境事故頻發(fā)的新形勢，國家成立了專門的環(huán)境應急機構，將環(huán)境事故的防范和應急處置作為一項重要工作來抓。然而，受技術水平的限制，環(huán)保部門的應急響應能力與實際需求還存在較大差距。因此，將新型應急技術應用到突發(fā)環(huán)境污染事件的應急響應中，是環(huán)保部門亟待解決的重要問題之一。無人遙感監(jiān)測技術、現(xiàn)場應急檢測技術、現(xiàn)代化環(huán)境信息技術作為新興的應急技術手段，可有效提高應急響應能力，減少突發(fā)環(huán)境污染事件造成的損失，有利于管理和決策。

1 無人機遙感技術

無人機（unmanned aerial vehicle， UAV）是一種依靠導航模塊和動力裝置，通過計算機預編程序或無線電遙控技術，來進行無人操作的自主飛行器。無人機種類繁多，按照飛行器重量可以劃分為大型、中型、小型和微型；按照結構類別可以劃分為旋翼、固定翼、垂直起降機和無人直升機；按照航程不同可以劃分為遠程、中程和近程。無人機遙感技術（unmanned aerial vehicle remote sensing，UAVRS）是基于無人機平臺，利用成像或非成像傳感器，來獲取遙感影像數(shù)據(jù)的一種自動化、智能化、專業(yè)化技術[2]。

近年來，無人機遙感技術被用于環(huán)境污染事故應急中，它避免了因危險環(huán)境或惡劣條件造成的交通受阻而無法掌握具體災情的信息盲區(qū)現(xiàn)象，可以實時快速地跟蹤和監(jiān)測突發(fā)環(huán)境污染事件的發(fā)展，為及時制定有效的應急方案提供依據(jù)。如汶川地震中，無人機迅速抵達災區(qū)進行航拍，獲得了一手遙感影像信息，為災情決策提供依據(jù)，有效提高了減災效果。在大氣應急污染監(jiān)測方面，根據(jù)大氣污染源的分布圖，通過后期數(shù)據(jù)處理，可以明確大氣中主要污染物，及其顆粒大小和空間分布情況。在水體應急污染監(jiān)測方面，可以迅速獲取水體污染范圍、污染源類型及位置分布[3]。

2 無人船監(jiān)測技術

無人遙感水質(zhì)環(huán)保船監(jiān)測技術是一種水生態(tài)保護和應急監(jiān)管的新型手段，它依托于遙感導航水質(zhì)分析平臺，預先設定好監(jiān)測點位和監(jiān)測時間，通過搭載自動采樣監(jiān)測設備，將獲得的即時數(shù)據(jù)傳回基站備份，整個流程完全自動化，減少了載人船傳送樣品和數(shù)據(jù)的時間，降低了獲得數(shù)據(jù)的成本。另外，無人船的主體結構是自動導航和監(jiān)測系統(tǒng)，相對于載人船少了駕駛室、人員休息區(qū)、樣品收集區(qū)等，船體變得更輕，所需燃料更少，節(jié)省了油耗能源，減少了碳的排放，更符合國家倡導的生態(tài)環(huán)保大趨勢。同時，無人水面平臺機動性強、成本低、效率高，可以彌補現(xiàn)有的現(xiàn)場監(jiān)測技術手段的不足的缺點。

在突發(fā)事故應急中，無人船相對于載人船具有高強度和耐腐蝕性的優(yōu)點，能夠有效抵抗污染物對船體的腐蝕。在惡劣天氣下，風速在10 m以上，浪比較高的時候，載人船無法正常工作，而無人船因船體設計的自穩(wěn)定功能，具有很好的抗傾覆功能，不管船在水面怎樣搖晃，地面都可以獲得高穩(wěn)定性圖像，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。在輻射、高溫、易爆、有毒、重污染惡臭等復雜危險的水面工作環(huán)境和背景下，無人遙感水質(zhì)環(huán)保船可以通過人為設定航線，深入載人船無法到達或不易到達的危險、近岸等空白水域進行全自動監(jiān)測工作，完成環(huán)境監(jiān)測與事故應急處理處置作業(yè)任務，降低了危險水域采樣的安全隱患。另外，無人船體四周可以安裝攝像頭，用以采集水面全景圖像，包括從船體上方拍攝的周邊鳥瞰畫面，決策者只需在岸邊某處，通過通信技術手段接收傳感器發(fā)回的實時畫面，為決策者制定正確的應急措施提供可靠支持。

3 現(xiàn)場應急檢測技術

由于突發(fā)性環(huán)境污染事件會在瞬時或短時間內(nèi)釋放大量污染物，且具有很強的不確定性。因此，對應急檢測在靈敏度、分辨率、便捷性和速度方面要求嚴格。目前，常用的現(xiàn)場應急檢測技術有氣體檢測管法、便攜式光離子化氣體檢測法、便攜式紅外光譜法、便攜式氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用法和便攜式離子遷移譜法[4]。

3.1 氣體檢測管法

該種方法是利用氣態(tài)化學污染物與指示劑發(fā)生顯色反應，來快速定性和半定量的一種現(xiàn)場應急檢測技術。目前，國內(nèi)開發(fā)了幾十種污染物的氣體檢測管，有光氣、氯氣、氨氣、二氧化硫、二氧化氮、硫化氫、氟化氫、砷化氫、氫氰酸、硫酸二甲酯、苯等。該種方法具有快速、靈敏、易操作的優(yōu)點。但是當多種氣體污染物共同存在時，會相互干擾產(chǎn)生誤差。

3.2 便攜式光離子化氣體檢測法

該種方法是利用便攜式光離子化氣體分析儀進行連續(xù)測量的現(xiàn)場檢測技術。它是把被測氣體電離后轉化為電流信號，通過檢測電流的大小，自動讀出待測氣體的濃度。該種方法檢測響應快速，可連續(xù)測量，對于事故區(qū)域或危險范圍確認有突出作用；檢測線性范圍寬，適應性廣，可以檢測400多種揮發(fā)性有機化合物（VOCs）和NH3、H2S、AsH3、PH3、Cl2、Br2及NO等無機有毒氣體，在應急事故檢測中可有重要的用途；儀器體積小、重量輕， 可攜至任何需要檢測的地點。內(nèi)置強力吸氣泵可以吸取人員不便到達地點的待測氣體。但是，該種技術無法檢測測空氣的N2、O2 、CO2、H2O成分和CO、HCN、SO2、CH4、HCl、HF、HNO3、 O3及非揮發(fā)性有機物等[5]。

3.3 便攜式傅立葉變換紅外光譜法

該種方法是利用化學物質(zhì)特有的官能團具有特征性的紅外光譜的特性，來對待測未知化合物進行快速檢測的現(xiàn)場應急技術。將樣品的紅外光譜與譜庫中的標準光譜進行比對，通過吸收峰的頻率值進行定性，通過吸收強度進行定量。采用該種方法，可以對突發(fā)事件現(xiàn)場的未知污染物進行快速鑒別，有利于利用其它方法更有針對性地投入應急監(jiān)測。我國選擇優(yōu)先登記的40個有毒化學品中沸點較低的十多種化學品污染形成的有害氣體均可使用便攜式紅外光譜法進行現(xiàn)測定。

3.4 便攜式氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

該種方法的特點在于它可以對復雜化學組分進行分離鑒定和定量檢測，適用于能夠氣化的純樣或復雜混合物的分析。便攜式氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法主要是利用氣相色譜的毛細管柱對待測污染物的組分進行分離，然后通過質(zhì)譜分析得到各組分的結構信息，再與質(zhì)譜庫中的標準物質(zhì)進行比對，最后確定污染物的類別。該種方法具有較高的靈敏度和選擇性，鑒別污染物的能力強大。在突發(fā)環(huán)境污染事件應急響應中，能夠現(xiàn)場鑒別復雜的揮發(fā)性和半揮發(fā)性有毒有害物質(zhì)，是應急檢測重要的技術手段[6]。

3.5 便攜式離子遷移譜法

該種方法是針對微量氣體的新型檢測技術，它可以在大氣壓或近大氣壓下，將污染物樣品離子化后，根據(jù)樣品離子在漂移管弱電場中漂移時間的差別及形成離子電流的大小，獲得樣品的離子遷移譜圖，進而對污染物進行定性定量檢測。它能夠準確快速的鑒別有毒有害污染物的細微痕跡，具有高靈敏性和便捷性。

4 環(huán)境信息技術

環(huán)境信息技術是將現(xiàn)代信息科學技術和理論應用到具體的污染防治過程中，在突發(fā)環(huán)境污染事故發(fā)生時，能夠準確、迅速地獲得事故信息，便于制定更加科學、易操作的應急預案，保障應急監(jiān)測工作的高效，縮短事故持續(xù)時間，降低事故造成的損失。

4.1 數(shù)據(jù)庫管理技術

在制定突發(fā)環(huán)境污染應急預案時，需要掌握應急相關信息，用數(shù)據(jù)庫技術進行管理，通過風險源基礎信息與事故信息的比對，查找可能造成、影響或?qū)⒁绊懕敬苇h(huán)境應急事故處置工作的風險源，并對其進行重點監(jiān)控，為應急指揮中心提供有效的決策依據(jù)。應急信息數(shù)據(jù)庫包括物質(zhì)特性庫、企業(yè)數(shù)據(jù)庫、敏感目標庫、應急指揮實例數(shù)據(jù)庫和應急資源庫等[7]。

物質(zhì)特性庫：涉及危險化學品種類、特性、應急監(jiān)測方法、應急處理方法和危險性防護信息等；企業(yè)數(shù)據(jù)庫：涵蓋企業(yè)基本信息，危險化學品生產(chǎn)、使用、儲存情況，排污信息和事故預案等；敏感目標庫：包括敏感目標基本信息，敏感目標類型和敏感目標臺賬等；應急指揮實例數(shù)據(jù)庫：記錄歷史環(huán)境應急事件，歸納類似事件的影響范圍、損失范圍，為制定應急預案提供借鑒依據(jù)，以幫助決策；應急資源庫：滿足環(huán)境應急對法律法規(guī)、技術標準、行業(yè)專家、應急機構、應急隊伍聯(lián)絡信息、應急物資儲備信息、防護知識等信息資源的調(diào)用需求。

4.2 3S技術

3S技術是地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術（RS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）的統(tǒng)稱。GIS技術可準確迅速地定位環(huán)境敏感點，劃定事故影響區(qū)域等。同時，結合氣象和水文參數(shù)、危險化學品的理化特性，模擬預測大氣和水環(huán)境中污染物擴散過程，快速鎖定重點防護區(qū)域和流域，為人員疏散、撤離，以及采取相應應急預案提供決策幫助。RS技術可以實時、快速地提供大面積地物及其周邊環(huán)境的幾何與物理信息及各種變化參數(shù)。GPS技術可以對事故現(xiàn)場、敏感點、監(jiān)測點進行精確定位，從空間角度分析事故的影響范圍[8]。

在突發(fā)環(huán)境污染事故應急中運用3S技術，能夠明確污染物的分布情況，了解污染物的遷移擴散態(tài)勢，及時反饋處置過程中的污染物分布及濃度變化情況，為選擇有效的應急處置措施提供決策依據(jù)。

4.3 3G無線音視頻傳輸技術

3G無線音視頻傳輸技術是一種新興的信息技術手段，由3G終端和多媒體綜合監(jiān)控平臺兩部分組成。它利用高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動通訊技術，將污染區(qū)域聲音、影像及位置信息實時傳輸至應急監(jiān)控平臺，從而實現(xiàn)和現(xiàn)場終端的數(shù)據(jù)交互功能，實現(xiàn)指令、指示、命令、批件等調(diào)度信息的主動推動功能[9]。它具有覆蓋廣、便攜性、安全性和實用性的特點，可有效提高應急響應速度，實現(xiàn)遠程監(jiān)控和指揮。

5 結語

環(huán)境應急技術在我國剛剛起步，技術水平與發(fā)達國家相比差距很大。探尋適合我國國情的應急手段，整合環(huán)境應急先進技術，構建環(huán)境應急信息化平臺，強化應急聯(lián)動機制，為環(huán)境事件信息搜集匯總、分析判斷、快速反應提供保障，以滿足當前公眾和環(huán)境管理部門對環(huán)境應急工作日益提高的要求。

參考文獻

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