無人船走航監測技術在地表水環境監測中的應用

摘要：地表水環境監測是生態環境保護監督管理的一項基礎工作，通常采用手工監測和自動監測兩種形式。無人船走航監測作為一種新型技術手段，目前已在地表水監測中有一定的應用。本文首先開展無人船走航監測技術分析，然后選取某國控斷面所在水域開展無人船走航監測，最后指出無人船走航監測存在的問題。隨著無人船走航監測技術的不斷發展和環境保護資金的投入，無人船走航監測將逐步成為一種可靠便捷的技術手段，為地表水環境治理提供可靠數據支撐。

關鍵詞：無人船；走航監測；地表水；環境監測

中圖分類號：X832 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）02-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.02.017

Application of Unmanned Ship Navigation Monitoring Technology in Surface Water Environment Monitoring

ZHENG Yuan1， XIA Ruiqi1， LI Li2

（1. Zhejiang Environmental Monitoring Engineering Co.， Ltd.;

2. Zhejiang Eco-environmental Monitoring Center， Hangzhou 310012， China）

Abstract： Surface water environmental monitoring is a fundamental task in the supervision and management of ecological environment protection， usually using two forms： manual monitoring and automatic monitoring. Unmanned ship navigation monitoring， as a new technological means， has been applied to surface water monitoring to a certain extent. This paper first conducts an analysis of unmanned ship navigation monitoring technology， then selects the water area where a certain national control section is located to carry out unmanned ship navigation monitoring， and finally points out the problems in unmanned ship navigation monitoring. With the continuous development of unmanned ship navigation monitoring technology and the investment of environmental protection funds， unmanned ship navigation monitoring will gradually become a reliable and convenient technical means， providing reliable data support for surface water environmental governance.

Keywords： unmanned ship; navigation monitoring; surface water; environmental monitoring

地表水環境監測是我國各級生態環境部門履行轄區內生態環境保護監督管理職責的基礎工作。隨著經濟不斷發展，人民群眾對生態環境質量的需求不斷提高，環境管理對監測工作的要求也越來越高。科學有效的地表水環境監測可以提供準確的污染原因，幫助管理部門制定有效的防范及治理措施，從而達到改善水資源質量的目的[1]。地表水環境監測包括日常手工監測和自動監測。傳統的手工監測存在工作量大、周期長等問題，影響監測時效性，污水溯源難確定，問題癥結難發現。自動監測技術包括自動站定點監測及走航自動監測，前者雖然提高了數據的時效性，但無法做到有效的空間覆蓋，不能完整反映站點所在水體的整體水環境狀況；后者可有效提高水質監測時效性和數據準確性，直觀反映河流水環境質量狀況，篩查受污染河段及其主要污染因子和影響來源，為精準開展污染整治、有效改善水環境質量提供更為翔實、可靠的數據。

1 無人船走航監測技術分析

無人船走航監測是指利用無人船搭載多參數分析儀、流動注射設備、水下側掃聲吶等高新技術設備，人、機協同開展全方位、高密度的水質走航監測和暗管、排污（水）口排查分析，有效彌補日常手工監測和水質自動站點位覆蓋率低、監測頻次不足、污染難以溯源等問題。走航監測指標、方法及儀器信息如

表1所示。走航監測指標主要有pH、溶解氧（Dissolved Oxygen，DO）、電導率、濁度、水溫、氨氮（NH3-N）、總磷（Total Phosphorus，TP）、高錳酸鹽指數（CODMn）和總氮（Total Nitrogen，TN）。

無人船用于搭載多參數分析儀、聲吶等技術設備，具備高頻次水樣定點遙控采集功能。多參數分析儀和流動注射設備可對地表水pH、溶解氧、電導率、濁度、水溫、高錳酸鹽指數、氨氮、總氮和總磷等常規指標開展實時采樣監測。水下側掃聲吶及高清攝像頭在無人船搭載下沿河道兩岸掃描，可發現和描述排水管（包括暗管），并在顯示終端生成排水管地理坐標、大小、周邊環境情況和有無排水等信息。

1.1 多參數水質分析

多參數分析儀采用的玻璃電極法具有數據反饋迅速、實時反映污染物濃度變化等優點。多參數分析儀可同步監測溶解氧、電導率、pH、濁度、溫度等基本水質指標，做到數據實時動態顯示。

1.2 流動注射分析

流動注射法為國家標準規定的監測方法，具有測量范圍寬、監測準確度高、重現性高、監測速度快、運行成本低等優點。采用便攜式全自動流動注射分析儀，使用流動注射法連續分析氨氮、總氮、總磷和高錳酸鹽指數。

1.3 水下暗管摸排

水中探測領域，迄今還未發現比聲波更有效的手段，聲波在水中傳播的衰減幅度很小，低頻的聲波可用于穿透海底幾千米的地層，并得到地層中的信號。

2 實際應用案例

本文選取某國控斷面所在水域開展無人船走航監測，該國控斷面水質考核目標為Ⅲ類，所在水域為通航河段，河寬為500～1 000 m，比降小，水流平穩，且受潮汐影響。若采用傳統的手工監測方法，費時費力，且人員安全無法有效保障，因此選用無人船進行走航監測，同時采用船載側掃聲吶設備進行水下暗管摸排，通過河道船只航行中邊走邊測的方式，在線獲取河道水體各位置實時的水質信息，以探測江河流域是否暗藏企業非法偷排暗管，摸清是否存在偷排和亂排現象。

2.1 走航監測路線

本次走航監測整體呈東西走向，以某國控斷面所在位置為節點，分為上下游，全長約為15.5 km，考慮河寬較大，設置左右岸兩條航線。根據現場天氣及無人船續航里程等實際情況，本次走航監測實際分2 d進行，即某國控斷面上游1 d，下游1 d。走航水域為潮汐河段，每天漲落各兩次，分為早潮和晚潮。走航監測期間為非潮汐時段，水體無明顯流向，河段水體總體無色，無明顯異味，水面未見明顯漂浮物。支流河道無明顯異常。

2.2 數據處理與分析

根據走航結果，本次實際走航33 km，其中，流動注射設備采集水質走航監測數據175組，平均每千米采集數據5.3組；無人船搭載多參數分析儀采集水質走航監測數據26 419組，平均每千米采集數據800.6組。為確保無人船走航監測的數據真實有效，已在水樣監測前對氨氮自動分析儀、總磷自動分析儀、便攜式總氮自動分析儀、高錳酸鹽指數自動分析儀等流動注射分析儀進行校準，繪制標準曲線，開展質控樣檢測。

多參數分析儀測得溶解氧、電導率、pH、濁度和溫度等基本水質指標，流動注射分析儀取得氨氮、總氮、總磷和高錳酸鹽指數等數據，同步獲得坐標點位信息。水質監測結果如表2所示。走航監測結束后，將相關數據導入ArcMap軟件，利用ArcToolbox工具中的反距離權重法輸出地理信息系統（GIS）圖，獲得污染物濃度空間變化情況。可以通過一張圖直觀地看到走航水域范圍內污染物濃度分布情況，找到濃度最大值位置，確定水域污染點位。

根據走航監測結果，走航水域通過側掃聲吶未排查到疑似暗管，水質普遍較好。溶解氧為Ⅰ類水質，氨氮為Ⅱ類水質，高錳酸鹽指數和總磷為Ⅱ類水質（大部分河道），高錳酸鹽指數為Ⅰ類水質（部分河段），總磷為Ⅲ類水質（部分河段）。

3 存在的問題

無人船走航監測技術具有監測覆蓋面廣、分辨率高、監測能力強等優勢，為生態環境部門高效管理提供科學依據，但該技術也存在一定的局限性。首先，無人船走航監測部分指標監測方法為非標準方法，監測結果僅能作為參考，不能作為執法依據對違法廢水排放企業進行處罰，要結合人工采樣實驗室分析等檢測手段[2]。其次，無人船走航監測不適用于濁度較大的水體，這是由于其采用的在線監測儀器未對水樣進行有效的預處理，導致部分指標監測結果誤差較大，如總磷、總氮，在水體濁度較高的情況下，采用分光光度法會使總磷監測結果比實際值偏大[3]、總氮監測結果比實際值偏小[4-5]。另外，無人船走航監測采用的玻璃電極法和流動注射法監測數據對水質判定具有一定參考價值，但在實際采用時也有各自的局限性，例如，玻璃電極法的數據精確度低，不能準確反映區域水質，僅能判斷變化趨勢。最后，受所用無人船限制，無人船走航監測技術對所在水體水量有一定要求，在枯水期可能無法進行采樣監測。

4 結語

無人船走航監測技術是生態環境保護領域智能化、數字化、信息化建設的豐碩成果之一，它所構建的走航自動監測與人工采樣監測、自動站定點監測相結合、相補充、相驗證、相支撐的監測體系可以使人全面掌握目標水域的水質情況及變化規律。因此，生態環境部門應在水環境質量保障方面加大科技化監測手段投入，常態化開展水體無人船走航監測，為轄區內流域水環境治理提供可靠數據支撐，對癥下藥，實現水環境質量的長期穩定和改善，不斷增強人民群眾對生態環境質量的幸福感。

參考文獻

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3 彭成碧，趙鵬飛.濁度對總磷在線自動分析儀監測的影響機制研究[J].粘接，2021（3）：47-50.

4 黃文婷，周 俊，張奇磊.水體中總氮測定的影響因素及方法改進[J].環境監控與預警，2017

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5 周 嬌，吳 燕.萬年在珠溪河開展無人船走航監測[N/OL].中國環境報，2021-10-25[2023-12-28].https：//finance.sina.com.cn/jjxw/2021-10-25/doc-iktzqtyu3352486.shtml.