基于无人监测船的城市河道水质监测及污染溯源应用实践

2021-07-10朱津君何嘉慧胡田珍

智能城市 2021年11期

朱津君李毅何嘉慧胡田珍

（1.中山大学环境科学与工程学院，广东广州 510006；2.佛山市禅城区环境监测站，广东佛山 528000）

《生态环境监测规划纲要（2020-2035年）》已明确提出环境质量监测与污染源监督监测并重，实现污染源智能识别、精准定位、实时监控。因此，开展河道水质监测及污染溯源研究有利于实现河道的有效监控及管理。常见水质监测方法有两种：一种是人工监测，此种方法人力、物力耗费大[1]；第二种是固定监测站监测，此种方法监测点的监测范围有限。对比上述两种方法，无人监测船通过搭载多种水质监测传感器，对水体进行连续性原位监测，具有连续监测、对污染进行跟踪定位的特点[2-3]。本文采用无人监测船对佛山市某河涌进行水质实时监测及污染溯源，为无人监测船在河道水质监测及溯源中的应用提供示范。

1 区域概况

所研究河涌属于禅城区某主干河涌，长约3 300 m，平均宽度约18 m，平均深度2.1 m，总水面积为14.4 hm2，流经区域常住人口约5.5万人，水流流向总体为由南向北。

2 材料与方法

设备：无人监测船具备水质监测、图像拍摄、水深、地形测量等功能模块。可监测的指标有温度、电导率、pH值、DO、ORP、深度、浊度、氨氮、氯离子、硝酸氮。

方法：使用控制器在岸上遥控无人监测船对监测河段进行两次不同时段无人监测船水质监测照。离岸边0.5 m，船速为0.6～0.8 m/s。

3 结果与分析

3.1 水温、pH值及电导率

水温、pH值及电导率变化曲线如图1～图2所示。

图1 上午时段西侧水温、pH值及电导率变化曲线

图2 上午时段东侧水温、pH值及电导率变化曲线

监测区域河段水温、pH值及电导率的测量均较为稳定，未出现异常波动。淡水体电导率一般为50～500 μS/cm[4]，该监测区域河段电导率为200～450 μS/cm，符合河流水质平均水平。

3.2 氨氮与硝酸氮

上午时段监测河西段氨氮、硝酸氮浓度变化曲线如图3所示，河东段氨氮、硝酸氮浓度变化曲线如图4所示；下午时段监测河西段氨氮、硝酸氮浓度变化曲线如图5所示，河东段氨氮、硝酸氮浓度变化曲线如图6所示。

图3 上午时段监测河段西侧氨氮、硝酸氮浓度变化曲线

图4 上午时段监测河段东侧氨氮、硝酸氮浓度变化曲线

图5 下午时段监测河段西侧氨氮、硝酸氮浓度变化曲线

图6 下午时段监测河段东侧氨氮、硝酸氮浓度变化曲线

由图可知，氨氮与硝酸氮的浓度变化趋势成正比，氨氮浓度升高时，硝酸氮浓度也随之升高。该河涌水质达标标准为地表水Ⅴ类标准，监测区域河段上午监测时段基本达标，接近地表水Ⅳ（氨氮≤1.5 mg/L[5]）类标准。

上下午监测时段均在监测区域河段纬度22.988°N附近（监测区域河段最南边）和河段东侧22.990°N附近起伏较大，下午时段超标。通过无人监测船的现场管控软件的地图功能、水质变化分布显示及水质监测变化曲线定位水质超标突变位置，如图7所示。

图7 无人监测船管控软件界面

定位监测河段污染源，通过人工排查，发现红色区域（河段东侧22.990°N附近）存在管网污水排入。推测是沿岸截污不当，部分生活污水排入河涌，导致水质变差。

监测区域河段最南边橙色区域（22.988°N附近）周围均为雨水管道排放口，且监测当天为晴天，因此排除因降雨径流带来的城市面源污染物、大气污染物等汇至河涌造成的污染物含量增加。推测其超标原因可能为：（1）橙色区域（22.988°N附近）属于工业区，推测可能由于河涌流域二级污水管网不完善，该片区污水收集率低，城中村污水无出路，就近排入水体，造成水体污染物含量超标。（2）该位置处于研究河道中上游位置，新市涌中游、上游尚未实施清淤疏浚工程，可能受到潜在的底泥内源污染。