空天地人信息技術在入河排污口監(jiān)管中的應用

黃藝豐

（福建省環(huán)境監(jiān)察總隊九龍江流域生態(tài)環(huán)境監(jiān)管和行政執(zhí)法大隊 福建漳州 363102）

引言

隨著經(jīng)濟快速發(fā)展，長江水質局部污染嚴重，入河排污口是污染物進入長江流域水體的重要關口，對其進行規(guī)范管理意義重大，因此亟需全面查清排污口信息[1][2]。目前，水環(huán)境監(jiān)測機構和監(jiān)督執(zhí)法隊伍已基本在流域層面和省級層面建立起來，水質監(jiān)測與監(jiān)督執(zhí)法能力得到不斷提高，但由于排污口具有分布范圍不均、數(shù)量眾多、位置隱蔽等特點，導致存在排污口“本底不清，情況不明”的情況，不利于生態(tài)環(huán)境相關部門的有效監(jiān)管，因此入河排污口監(jiān)督管理能力還需要進一步完善[3]。

近年來，以衛(wèi)星遙感、無人機遙感、GPS 差分定位技術、激光雷達技術、地理信息技術等為代表的空間信息技術在生態(tài)環(huán)境領域得到了廣泛應用[4～7]。因此，本研究基于空天地人一體化信息技術的技術手段，對長江入河排污口進行航空攝影，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲取高分辨率正射影像和熱紅外影像，通過遙感解譯對長江入河排污口進行全面監(jiān)測，并對解譯目標進行現(xiàn)場逐一排查，結合水質監(jiān)測和排污口溯源手段，查清排污口源頭，制作入河排污口電子信息“一張圖”，從而為長江入河排污口監(jiān)管體系建設工作奠定基礎。

1 空天地人一體化排污口全流程監(jiān)管方法

1.1 總體技術框架

按照“有口必核、應溯必溯”的基本要求和“測、溯”同步協(xié)作的工作方式開展排查溯源工作，圍繞“什么口、誰在排、排什么、污不污、排多少、排向哪”等具體環(huán)節(jié)，運用人工排查、技術排查、資料核查等多種手段，切實查清長江入河排污口實際情況，為后期系統(tǒng)分類整治奠定基礎，切實推進水環(huán)境質量改善提升。采取的總體技術路線如圖1 所示。

圖1 總體技術路線圖

1.2 排污口排查

結合排污口所在地區(qū)的實際情況，采用三級排查的模式對長江入河排污口展開工作。一級排查以衛(wèi)星遙感、無人機航測為主要手段，對調(diào)查區(qū)域實現(xiàn)大范圍、全覆蓋，排查出疑似的入河排污口；二級排查以人工現(xiàn)場排查為主，通過組織相關技術人員對各疑似排污口進行統(tǒng)一排查，明確入河排污口信息；三級排查則是對隱蔽、疑難排污口進行重點調(diào)查，從而完善入河排污口信息。排污口調(diào)查作業(yè)流程包含全覆蓋排查、人工排查、排查攻堅3 個方面。

1.2.1 全覆蓋排查

基于航空攝影的技術手段，采用無人機與有人機作為飛行平臺搭載高清數(shù)碼相機和熱紅外成像儀，對所有調(diào)查范圍進行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后獲取高分辨率正射影像和熱紅外影像，通過遙感解譯對入河排污口進行全面監(jiān)測，盡可能獲取排污口最全面信息。

1.2.2 人工排查

對遙感解譯得到的疑似排污口逐一進行現(xiàn)場核實，調(diào)查人員通過實地踏勘，詳細記錄排放口的排放方式（一般為間歇式或連續(xù)式），并采用RTK 動態(tài)測量技術定位排污口位置，獲取經(jīng)緯度信息和高程信息，拍攝排污口特寫照片及周圍環(huán)境照片，同時記錄排污口附近及周邊環(huán)境存在黑臭水體、油污、垃圾堆積或其他環(huán)境風險隱患，形成排污口信息表。

1.2.3 排查攻堅

對于排查人員難以抵達、排污口周圍環(huán)境復雜的排污口區(qū)域，可通過組織各類技術設備進行排查攻堅，查漏補缺，如采用無人機、無人船等先進設備在現(xiàn)場進行排查等，進一步完善入河排污口名錄信息。

1.3 排污口監(jiān)測

對排污口排出水樣進行水質監(jiān)測是排污口監(jiān)管的一個重要手段，但必須先根據(jù)采樣情況決定采樣方法，再對存在排水的排污口進行取樣檢測，然后再進一步查明排放水質等信息。排污口排出水樣水質監(jiān)測，原則上按照生態(tài)環(huán)境部辦公廳下發(fā)的《長江入河和渤海地區(qū)入海排污口排查整治專項行動監(jiān)測工作方案》（環(huán)辦監(jiān)測函[2019]687號）執(zhí)行，監(jiān)測指標包括pH、化學需氧量、氨氮、總氮、總磷5 類。

排污口水樣采集時，應該根據(jù)排污口分布的實際情況采用適當?shù)娜∷萜鬟M行采樣，并盡量取排污口直接排出的水樣，而非其周圍水體的水樣。另外，需要保證充足的水樣采集量，從而滿足重復測定和質量控制的需要，避免因水樣不足導致的重新采樣。對于完成采樣的水樣應避光保存，并及時送至水質實驗室進行水質化驗，減少因環(huán)境因素導致的水質改變，從而影響對排污口的水質分析。

1.4 排污口溯源

根據(jù)排污口排查和監(jiān)測情況，結合生態(tài)環(huán)境部辦公廳下發(fā)的《長江、黃河和渤海入海（河）排污口排查整治分類規(guī)則（試行）》（環(huán)辦監(jiān)測函[2020]718 號）要求，初步將排污口分為工業(yè)排污口、農(nóng)業(yè)農(nóng)村排污口、城鎮(zhèn)生活污水排污口、港口碼頭排污口、城鎮(zhèn)雨洪排污口、溝渠、河港（涌）、排干、其他排污口等共7 大類15 小類。進一步結合排污口溯源，查明污水來源，明確排污口類型，確定責任主體。排污口溯源方式主要為人工排查溯源和技術溯源2 大類。

1.4.1 人工排查溯源

人工排查溯源主要采用實地目視排查的形式進行開展，通常會配合水質監(jiān)測、煙霧試驗、聲音試驗、染色試驗等方式來判斷管道間的連通性，從而找到污水源頭。為了提高人工排查溯源的準確性，需要收集排污口相關的各類資料，如管道分布圖、水系圖等，明確排查的重點區(qū)域，確定排查路線和方法，提高工作效率。

1.4.2 技術溯源

對于人工排查溯源難以準確查明污染源頭的排污口，則采用管道檢測、無人機補充航測等先進技術方式開展溯源攻堅。管道檢測通常以管網(wǎng)入河（湖）處或待排查管道附近的管道入口為出發(fā)點，按照先干管再支管的順序，逐步向上游進行溯源追蹤，但在管道檢測過程中，需與人工排查溯源手段相結合。無人機補充航測則主要針對露天管道、溝、渠、河流、灘涂、濕地之間或其同排水源頭、入河排污口之間的連通情況，通過采集無人機航拍影像數(shù)據(jù)，進行遙感影像解譯，結合收集到的水系分布圖等相關資料進行溯源判斷，并提供連通部分的無人機影像數(shù)據(jù)，由外業(yè)工作人員進行現(xiàn)場排查確認。

1.5 排污口整治

根據(jù)以上的排污口排查、取樣監(jiān)測、排污口溯源等一系列處理，明確排污口整治的責任主體。按照“取締一批、合并一批、規(guī)范一批”的原則，編制整治方案，明確整治目標、整治措施、責任單位和完成時限。

1.6 排污口電子信息“一張圖”

通過對排污口資料信息加以整合，建立排污口資料名錄，繪制排污口電子信息“一張圖”。底圖采用影像底圖或地形渲染圖的形式，以色彩均一、現(xiàn)勢性強的高分辨率遙感影像或已有的地形數(shù)據(jù)為基礎，并添加對應的排污口信息，進行排污口的專題信息展示。

2 示范應用

2.1 區(qū)域概況

本研究選取湖北省武漢市東西湖區(qū)作為典型示范區(qū)域，地處長江中游北岸（113°53'E～114°30'E，30°34'N～30°47'N），主要有漢江、漢北河、淪河、府河4 條河流，分別從南、西、北3 個方向環(huán)繞區(qū)境而過，東靠江岸區(qū)、江漢區(qū)和硚口區(qū)，西南與蔡甸區(qū)隔漢江相望，西北隔府河與黃陂區(qū)相鄰。全區(qū)水域面積124.14 km2，其中河流面積32.05 km2，湖泊面積16.87 km2，坑塘水庫面積75.22 km2。

2.2 排污口排查

本研究針對東西湖區(qū)特點進行航區(qū)劃分，并制定數(shù)據(jù)采集方案，利用無人機航拍技術對區(qū)域排污口進行全覆蓋全面排查。航拍數(shù)據(jù)以可見光影像為主，對其中部分重點水系岸線利用熱紅外影像疊加可見光影像進行綜合分析排查。

水系流經(jīng)城區(qū)岸線熱紅外飛行采用DJI M210搭載禪思XT2 熱紅外設備。采用熱紅外影像對較為隱蔽性或不具備典型特征的其他類型排污口進行補充篩查。熱紅外法對熱源的感應能力十分敏感，因而能夠準確探測出污染源并進行定位，從而解譯出疑似排污口位置，如圖2 所示。

圖2 熱紅外影像排污口解譯示意圖

經(jīng)現(xiàn)場核查發(fā)現(xiàn)通過影像解譯容易將過水涵洞、取水口、排水管道、泵站等與排污口形狀相似的地物誤判為排污口。如圖3、圖4 所示，湖北省武漢市東西湖區(qū)走馬嶺街道走新路處一排污口，影像紋理判讀為涵洞排污口，現(xiàn)場核實為非排污口，現(xiàn)場排查時發(fā)現(xiàn)，該處點位為橋下，無水排放，周邊無排放口，周邊為居民區(qū)。由于過水涵洞、取水口、排水管道、泵站等與排污口形狀和紋理相似，容易誤判。同時，有一部分排污口經(jīng)現(xiàn)場核實發(fā)現(xiàn)已經(jīng)整改則不算做排污口。經(jīng)現(xiàn)場核查，本方法研究排污口識別方法準確性和可靠性較好，大部分識別的排污口的位置信息準確，排污口識別的正確率高達80%以上。

圖3 誤判排污口影像特征

圖4 誤判排污口現(xiàn)場照片

2.3 排污口監(jiān)測

通過對需要監(jiān)測和具備監(jiān)測條件的排污口進行全面采樣監(jiān)測，做到“有水必測”。以湖北省武漢市東西湖區(qū)某食品廠的生產(chǎn)廢水排污口為例加以說明。該食品廠有完善的污水處理設施，對生產(chǎn)廢水排污口進行取樣監(jiān)測，該排污口的排水水質要求達到《污水綜合排放標準》（GB 8978-1996）一級，但該標準中僅涉及本研究中pH、化學需氧量、氨氮、總氮、總磷這5 類的前3 種，即pH 為6～9，化學需氧量100，氨氮15。監(jiān)測結果顯示，pH 為7.37，化學需氧量42，氨氮8.5。通過分析發(fā)現(xiàn)，該排污口的水質監(jiān)測結果均小于排放標準，符合排放要求，排污口可以正常排放。

2.4 排污口溯源

采用地理信息分析技術對排污口現(xiàn)場溯源調(diào)查范圍加以確定，采用管道潛望鏡、管道機器人、示蹤劑等技術查清污水來源，實現(xiàn)“有口皆溯”。如圖5 所示，以湖北省武漢市東西湖區(qū)某廠區(qū)雨水排污口為例加以說明。以該排污口處為溯源的起點（圖5a），此處采用管道潛望鏡對管道內(nèi)部情況進行探測（圖5b），追蹤溯源。通過分析發(fā)現(xiàn)，該排污口的排水來源于其附近的某公司廠區(qū)內(nèi)部的雨水篦子(圖5c），故而該排污口類型為廠區(qū)雨水排污口，對應責任主體為該公司。

圖5 排污口溯源示例

2.5 排污口整治

本研究根據(jù)湖北省武漢市東西湖區(qū)排污口排查、監(jiān)測和溯源情況，結合湖北省生態(tài)環(huán)境廳辦公室下發(fā)的《關于印發(fā)湖北省長江入河排污口整治參考要求、“一口一策”整治方案及臺賬模板的通知》（鄂環(huán)辦〔2021〕91 號）要求，參照7大類15 小類排污口整治參考要求、“一口一策”整治方案模板和“一口一檔”臺賬模板，編制“一口一策”整治方案和“一口一檔”臺賬，具體包括排污口基本信息、水質監(jiān)測數(shù)據(jù)、排污口溯源情況、整治目標及措施、整治佐證材料等內(nèi)容，實現(xiàn)每個排污口均有詳實的檔案信息記錄和對應的整治方案。

2.6 繪制排污口電子信息“一張圖”

對排污口資料信息加以整合，建立排污口資料名錄，現(xiàn)已完成排污口電子信息“一張圖”繪制，湖北省武漢市東西湖區(qū)長江入河排污口情況如圖6 所示。

圖6 排污口電子信息“一張圖”

結語

上述研究，充分發(fā)揮空天地人立體排查、高精尖科技溯源手段優(yōu)勢，準確無誤查找處污染源頭，為精準整治夯實基礎，并制作了排污口電子信息“一張圖”，全面整合區(qū)域內(nèi)各類入河排污口信息，為建立責任明晰、設置合理、管理規(guī)范的排污口長效監(jiān)督管理機制提供了技術支撐，為長江水生態(tài)環(huán)境質量持續(xù)改善夯實了基礎。