基于無人監測船的城市河道水質監測及污染溯源應用實踐

朱津君 李 毅 何嘉慧 胡田珍

（1.中山大學環境科學與工程學院，廣東廣州 510006；2.佛山市禪城區環境監測站，廣東佛山 528000）

《生態環境監測規劃綱要（2020-2035年）》已明確提出環境質量監測與污染源監督監測并重，實現污染源智能識別、精準定位、實時監控。因此，開展河道水質監測及污染溯源研究有利于實現河道的有效監控及管理。常見水質監測方法有兩種：一種是人工監測，此種方法人力、物力耗費大[1]；第二種是固定監測站監測，此種方法監測點的監測范圍有限。對比上述兩種方法，無人監測船通過搭載多種水質監測傳感器，對水體進行連續性原位監測，具有連續監測、對污染進行跟蹤定位的特點[2-3]。本文采用無人監測船對佛山市某河涌進行水質實時監測及污染溯源，為無人監測船在河道水質監測及溯源中的應用提供示范。

1 區域概況

所研究河涌屬于禪城區某主干河涌，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，流經區域常住人口約5.5萬人，水流流向總體為由南向北。

2 材料與方法

設備：無人監測船具備水質監測、圖像拍攝、水深、地形測量等功能模塊。可監測的指標有溫度、電導率、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無人監測船對監測河段進行兩次不同時段無人監測船水質監測照。離岸邊0.5 m，船速為0.6～0.8 m/s。

3 結果與分析

3.1 水溫、pH值及電導率

水溫、pH值及電導率變化曲線如圖1～圖2所示。

圖1 上午時段西側水溫、pH值及電導率變化曲線

圖2 上午時段東側水溫、pH值及電導率變化曲線

監測區域河段水溫、pH值及電導率的測量均較為穩定，未出現異常波動。淡水體電導率一般為50～500 μS/cm[4]，該監測區域河段電導率為200～450 μS/cm，符合河流水質平均水平。

3.2 氨氮與硝酸氮

上午時段監測河西段氨氮、硝酸氮濃度變化曲線如圖3所示，河東段氨氮、硝酸氮濃度變化曲線如圖4所示；下午時段監測河西段氨氮、硝酸氮濃度變化曲線如圖5所示，河東段氨氮、硝酸氮濃度變化曲線如圖6所示。

圖3 上午時段監測河段西側氨氮、硝酸氮濃度變化曲線

圖4 上午時段監測河段東側氨氮、硝酸氮濃度變化曲線

圖5 下午時段監測河段西側氨氮、硝酸氮濃度變化曲線

圖6 下午時段監測河段東側氨氮、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，硝酸氮濃度也隨之升高。該河涌水質達標標準為地表水Ⅴ類標準，監測區域河段上午監測時段基本達標，接近地表水Ⅳ（氨氮≤1.5 mg/L[5]）類標準。

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

圖7 無人監測船管控軟件界面

定位監測河段污染源，通過人工排查，發現紅色區域（河段東側22.990°N附近）存在管網污水排入。推測是沿岸截污不當，部分生活污水排入河涌，導致水質變差。

監測區域河段最南邊橙色區域（22.988°N附近）周圍均為雨水管道排放口，且監測當天為晴天，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。推測其超標原因可能為：（1）橙色區域（22.988°N附近）屬于工業區，推測可能由于河涌流域二級污水管網不完善，該片區污水收集率低，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。（2）該位置處于研究河道中上游位置，新市涌中游、上游尚未實施清淤疏浚工程，可能受到潛在的底泥內源污染。

4 結語

（1）無人監測船在規定路線對監測區域河段可實現全覆蓋水質監測，實現了河道水質快速監測。監測數據快速連續，在管控軟件上實現可視化，加快了現場對監測河道水質的快速判斷。

（2）無人監測船水質實時監測通過無人監測船的現場管控軟件的地圖功能、水質變化分布顯示及水質監測變化曲線定位水質異常位置，與衛星地圖已知排口相對應，驗證了無人船污染源溯源的可行性。

（3）無人船的實時水質指標濃度變化趨勢與污染源排放位置的確定精度較高，可進行可靠的溯源工作，為后續治理提供依據。