基于無人監(jiān)測船的城市河道水質(zhì)監(jiān)測及污染溯源應(yīng)用實(shí)踐

朱津君 李 毅 何嘉慧 胡田珍

（1.中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣東廣州 510006；2.佛山市禪城區(qū)環(huán)境監(jiān)測站，廣東佛山 528000）

《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測規(guī)劃綱要（2020-2035年）》已明確提出環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測與污染源監(jiān)督監(jiān)測并重，實(shí)現(xiàn)污染源智能識(shí)別、精準(zhǔn)定位、實(shí)時(shí)監(jiān)控。因此，開展河道水質(zhì)監(jiān)測及污染溯源研究有利于實(shí)現(xiàn)河道的有效監(jiān)控及管理。常見水質(zhì)監(jiān)測方法有兩種：一種是人工監(jiān)測，此種方法人力、物力耗費(fèi)大[1]；第二種是固定監(jiān)測站監(jiān)測，此種方法監(jiān)測點(diǎn)的監(jiān)測范圍有限。對(duì)比上述兩種方法，無人監(jiān)測船通過搭載多種水質(zhì)監(jiān)測傳感器，對(duì)水體進(jìn)行連續(xù)性原位監(jiān)測，具有連續(xù)監(jiān)測、對(duì)污染進(jìn)行跟蹤定位的特點(diǎn)[2-3]。本文采用無人監(jiān)測船對(duì)佛山市某河涌進(jìn)行水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測及污染溯源，為無人監(jiān)測船在河道水質(zhì)監(jiān)測及溯源中的應(yīng)用提供示范。

1 區(qū)域概況

所研究河涌屬于禪城區(qū)某主干河涌，長約3 300 m，平均寬度約18 m，平均深度2.1 m，總水面積為14.4 hm2，流經(jīng)區(qū)域常住人口約5.5萬人，水流流向總體為由南向北。

2 材料與方法

設(shè)備：無人監(jiān)測船具備水質(zhì)監(jiān)測、圖像拍攝、水深、地形測量等功能模塊?？杀O(jiān)測的指標(biāo)有溫度、電導(dǎo)率、pH值、DO、ORP、深度、濁度、氨氮、氯離子、硝酸氮。

方法：使用控制器在岸上遙控?zé)o人監(jiān)測船對(duì)監(jiān)測河段進(jìn)行兩次不同時(shí)段無人監(jiān)測船水質(zhì)監(jiān)測照。離岸邊0.5 m，船速為0.6～0.8 m/s。

3 結(jié)果與分析

3.1 水溫、pH值及電導(dǎo)率

水溫、pH值及電導(dǎo)率變化曲線如圖1～圖2所示。

圖1 上午時(shí)段西側(cè)水溫、pH值及電導(dǎo)率變化曲線

圖2 上午時(shí)段東側(cè)水溫、pH值及電導(dǎo)率變化曲線

監(jiān)測區(qū)域河段水溫、pH值及電導(dǎo)率的測量均較為穩(wěn)定，未出現(xiàn)異常波動(dòng)。淡水體電導(dǎo)率一般為50～500 μS/cm[4]，該監(jiān)測區(qū)域河段電導(dǎo)率為200～450 μS/cm，符合河流水質(zhì)平均水平。

3.2 氨氮與硝酸氮

上午時(shí)段監(jiān)測河西段氨氮、硝酸氮濃度變化曲線如圖3所示，河?xùn)|段氨氮、硝酸氮濃度變化曲線如圖4所示；下午時(shí)段監(jiān)測河西段氨氮、硝酸氮濃度變化曲線如圖5所示，河?xùn)|段氨氮、硝酸氮濃度變化曲線如圖6所示。

圖3 上午時(shí)段監(jiān)測河段西側(cè)氨氮、硝酸氮濃度變化曲線

圖4 上午時(shí)段監(jiān)測河段東側(cè)氨氮、硝酸氮濃度變化曲線

圖5 下午時(shí)段監(jiān)測河段西側(cè)氨氮、硝酸氮濃度變化曲線

圖6 下午時(shí)段監(jiān)測河段東側(cè)氨氮、硝酸氮濃度變化曲線

由圖可知，氨氮與硝酸氮的濃度變化趨勢成正比，氨氮濃度升高時(shí)，硝酸氮濃度也隨之升高。該河涌水質(zhì)達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為地表水Ⅴ類標(biāo)準(zhǔn)，監(jiān)測區(qū)域河段上午監(jiān)測時(shí)段基本達(dá)標(biāo)，接近地表水Ⅳ（氨氮≤1.5 mg/L[5]）類標(biāo)準(zhǔn)。

上下午監(jiān)測時(shí)段均在監(jiān)測區(qū)域河段緯度22.988°N附近（監(jiān)測區(qū)域河段最南邊）和河段東側(cè)22.990°N附近起伏較大，下午時(shí)段超標(biāo)。通過無人監(jiān)測船的現(xiàn)場管控軟件的地圖功能、水質(zhì)變化分布顯示及水質(zhì)監(jiān)測變化曲線定位水質(zhì)超標(biāo)突變位置，如圖7所示。

圖7 無人監(jiān)測船管控軟件界面

定位監(jiān)測河段污染源，通過人工排查，發(fā)現(xiàn)紅色區(qū)域（河段東側(cè)22.990°N附近）存在管網(wǎng)污水排入。推測是沿岸截污不當(dāng)，部分生活污水排入河涌，導(dǎo)致水質(zhì)變差。

監(jiān)測區(qū)域河段最南邊橙色區(qū)域（22.988°N附近）周圍均為雨水管道排放口，且監(jiān)測當(dāng)天為晴天，因此排除因降雨徑流帶來的城市面源污染物、大氣污染物等匯至河涌造成的污染物含量增加。推測其超標(biāo)原因可能為：（1）橙色區(qū)域（22.988°N附近）屬于工業(yè)區(qū)，推測可能由于河涌流域二級(jí)污水管網(wǎng)不完善，該片區(qū)污水收集率低，城中村污水無出路，就近排入水體，造成水體污染物含量超標(biāo)。（2）該位置處于研究河道中上游位置，新市涌中游、上游尚未實(shí)施清淤疏浚工程，可能受到潛在的底泥內(nèi)源污染。

4 結(jié)語

（1）無人監(jiān)測船在規(guī)定路線對(duì)監(jiān)測區(qū)域河段可實(shí)現(xiàn)全覆蓋水質(zhì)監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了河道水質(zhì)快速監(jiān)測。監(jiān)測數(shù)據(jù)快速連續(xù)，在管控軟件上實(shí)現(xiàn)可視化，加快了現(xiàn)場對(duì)監(jiān)測河道水質(zhì)的快速判斷。

（2）無人監(jiān)測船水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測通過無人監(jiān)測船的現(xiàn)場管控軟件的地圖功能、水質(zhì)變化分布顯示及水質(zhì)監(jiān)測變化曲線定位水質(zhì)異常位置，與衛(wèi)星地圖已知排口相對(duì)應(yīng)，驗(yàn)證了無人船污染源溯源的可行性。

（3）無人船的實(shí)時(shí)水質(zhì)指標(biāo)濃度變化趨勢與污染源排放位置的確定精度較高，可進(jìn)行可靠的溯源工作，為后續(xù)治理提供依據(jù)。