某區域內的河道調查及排水口水質分析

劉露露，張瑞濤，王 瑾，韓 猛，朱 程，張紅良

(1.深之藍海洋科技股份有限公司 天津300457；2.天津市和平區生態環境局 天津300041)

0 引 言

我國的河流水資源相當豐富，河川徑流總量歷年來位居世界第三，年均達到了27000億m3[1]。但經濟快速發展的同時對河流水資源產生了一定的負面影響，河流水質污染和富營養化的現象偶有發生，在對我國七大水系 216條河流 503個主要斷面進行監測后，我們發現Ⅰ～Ⅲ類的水質為 38%，Ⅳ、Ⅴ類的水質為 29.5%、優Ⅴ類水質為 32.5%。因此，對河流水質變化進行分析和研究，出臺保護對策對改善水質具有重要意義[2-3]。

在某河道地表水水質日常監測過程中，某區域內地表水水質數據出現了異常現象，針對導致該河道水質異常的污染源，本著查清楚、找明白的原則，展開了此次調查分析。由于本次調查水域范圍較大且現場水質采樣對水域深度有一定的要求，分析研究主要是利用水下機器人搭載多參數水質傳感器進行現場水質采樣分析，并通過通信接口直接將采集數據上傳至水下機器人地面控制基站，從而提高監測結果的有效性，符合現場采樣工作的質量控制要求，確保了采樣的代表性和及時性[4-5]。

結合文獻研究和現場實際情況，本文選取“常規四參數”[水溫、溶解氧(DO)、濁度、電導率][6]及葉綠素作為水質分析指標。此外，通過搭載掃描聲吶實時動態觀察排水口閘門的開合情況，以綜合分析水質數據異常的原因。

1 問題現狀

某區域內河道地表水監測數據如表1所示，結果顯示，該區域內河道各采樣點位的水質指標數值在點位1和點位2之間存在一定差異。初步分析認為，河道內排水口可能發生滲漏或可能存在未發現的不明排水口，為確定此異常的來源，本文對此進行了后續調查分析。

表1 某河道地表水監測數據Tab.1 Surface water monitoring data of one river

2 河道調查結果

該河道內水流速度緩慢，可使用水下機器人采用走航式監測方式，以便兼顧效率的同時保證監測效果。具體方法為：水下機器人按照圖1所示軌跡沿待調查水域段每隔10m采集一次數據，如圖1中圓點所示位置(河面寬 50m)，采樣要求是水深小于 5m時在水面下0.5m處采集表層水樣，水深超過5m時在水面下 0.5m、河底上 0.5m 分別采集表底層混合水樣，采集的數據以該位置數據穩定后連續觀察 30s的平均值為最終取值。為保證數據采集的真實性和連貫性，調查日期選取在未降雨的日期進行連續觀測，同時為了保證測量結果的信效度，隔日調查時覆蓋前序調查的100m的區域，以分析差異并保證調查區域內無漏檢。

圖1 走航式測量水下機器人軌跡示意圖Fig.1 Trajectory diagram of ROV walk navigation pattern monitoring

本次走航式調查沿待調查河道起點開始，每間隔10m進行一次數據采集，共計花費 5d時間，沿河道連續監測水質變化，指標數據采集超 8000項，其中水體電導率數據變化如圖2所示，可以看出在水下機器人監測調查期間水體電導率平均值維持在1000μS/cm，水質變化波動較小，水樣電導率指標基本無梯度變化，未發現明顯異?，F象。

圖2 走航式監測電導率水質指標梯度變化Fig.2 Conductance variation diagram of walknavigation pattern monitoring

走航式監測調查水樣濁度變化如圖3所示，由數據分析可得監測 5d內濁度平均值為 9.3NTU，說明在監測過程中水質總體基本一致，水樣濁度指標基本無梯度變化，符合自然河流的特征，未發現其他明顯異常現象。

圖3 走航式監測濁度水質指標梯度變化Fig.3 Turbidity variation diagram of walk navigation pattern monitoring

走航式監測調查水樣葉綠素變化如圖4所示，可見實時監測水樣葉綠素平均值維持在 7.77SPAD，水質變化未見明顯異?，F象，水樣葉綠素指標基本未發生梯度變化，監測過程未發現其他明顯異?，F象。

圖4 走航式監測葉綠素水質指標梯度變化Fig.4 Chlorophyll variation diagram of walk navigation pattern monitoring

走航式監測水樣溶解氧含量變化趨勢如圖5所示，由數據分析可得實時采集的水樣溶解氧濃度平均值約為 2.49mg/L，水中溶解氧在監測期間波動未發現明顯異常，水樣溶解氧指標未發生明顯梯度變化，監測過程未發現其他明顯異常現象。

圖5 走航式監測溶解氧水質指標梯度變化Fig.5 Dissolved oxygen variation diagram of walk navigation pattern monitoring

3 入河排水口調查結果

據悉，該區域河道段中包含多個入河排水口，沿調查起始點開始分別對其編號為排口1、排口2至排口 N，針對該河段內入河排水口情況，采用定點式監測。針對排口外情況，將排口位置分為 5個區域，以排口位置為中心，沿水流方向，間隔5m，自上游向下游進行編號，分別為位置 1、2、3、4、5采樣區域，如圖6所示。使用水下機器人搭載多參數水質傳感器實時監測水體的電導率、溶解氧、濁度和葉綠素等水質指標，并結合掃描聲吶動態分析排口閘門的開合情況；針對排口內情況，采取就近取水樣的方式分析水樣水質情況。

圖6 排口位置示意圖Fig.6 Trajectory diagram of drainage outlets

若已排除閘門出現顯著滲漏的情況，則可通過以排口為中心建立間隔 10m 的網格化觀測網，以排口中心為水樣采集深度，通過水下機器人進行快速的定點監測，在橫縱網格交點進行數據的采集，以該位置數據穩定后連續觀察 30s的平均值為最終取值，針對測定結果進行分析和確認，以判斷是否存在可能的慢速泄露。

定點式監測水質差異變化如圖7所示，可以看出水樣電導率、濁度、溶解氧和葉綠素指標變化未見明顯異常，排水口內外水質存在一定差異變化，各排水口內水質通常略優于排水口外水質。在監測過程中，通過掃描聲吶分析得出排口 4、排口 5(共用一個排口)和排口10閘門處于打開的狀態，如圖8、9所示，其他排口均處于關閉狀態。排口4和排口5的水體情況相比較而言，排口處電導率較低，同時濁度較高，根據以上情況，排出的水應該是金屬鹽含量較低的水，同時具有較大的濁度，疑似存在一定的雨污混流情況，可能會導致水質數據產生異常；排口 10處電導率較低和濁度較低，溶解氧較高，此時應該排放的是雨水，符合排口排放要求。

圖7 排口內外水質差異變化圖Fig.7 Water quality variation diagram of inside and outside drainage outlets

圖8 排口4和排口5聲吶圖像Fig.8 Scanning sonar image of drainage outlets 4 and 5

圖9 排口10聲吶圖像Fig.9 Scanning sonar image of drainage outlet 10

4 結 論

①采用走航式水質監測調查時，未發現水下存在不明排口或異常污染源的證據。

②采用定點式水質監測調查時，排口 4和排口5(共用一個排口)可能存在雨污混流的情況，其他位置未處于排水期，暫時無法進行具體分析。

③為保障該河道地表水水質和維護良好的生態環境，建議對河道實施連續記錄、動態監測，以實現持續性預防水資源污染的目標。