一艘无人船改善一条工作线

镇江无人监测船实现全流域全自动连续性移动式监测
作者:徐丽莉 李…    文章来源:中国环境报    点击数:597    更新时间:2016/8/1

本报记者徐丽莉 通讯员李媛

对水环境质量的监测,通常流程是监测人员到现场采样,遇到环境应急事件,环境监测人员更需要长时间反复在被污染水域上采样监测,再送回实验室分析。不仅人力耗费大,数据产生周期也长。

最近,江苏省镇江市使用采样无人监测船辅助工作,满足了针对流域监测每隔200米~500米进行多次采样监测的要求,提高了工作效率。

☞边走边测,省时省力还能深入危险河段

江苏省镇江市水域水系发达,有32条河、12个湖泊、141座水库,还有长江、太湖两大流域,监测任务非常重。

但目前来看,镇江市国控、省控、市控水质监测点位总共有63个,并且仅在重要交界断面和水源区等8个水体设置了16个水质自动站,包括8个省控和8个市控。

“50多个点位要依靠人工监测,一些大型河流和湖泊必须租用船舶工作人员才能抵达监测点,需要投入大量的人力、物力、财力,耗时又耗力。”镇江市环境监测站副站长张建军表示,但建设自动监测站又耗资巨大,经过多方论证,最终,无人监测船成为解开难题的金钥匙。目前,无人船监测已经对镇江市内河及湖泊进行了三轮网格化监测,顺利完成了内河水质摸排调查工作。

无人监测船可以边走边测,从采样到分析可以同时推进,监测人员在现场电脑屏幕上就可以看到采样点、采样路径、预计时间和相关水文参数等。

“通常一个样品平均分析速度是3~5分钟,也可以根据分析要求设定不同的时长。这就节省了大量的人力物力,提高了工作效能。同时,无人监测船是密封船,具有防水功能,即使遇到下雨天等极端天气,无人监测船也可以照常工作,自动采样分析。”张建军说,相比监测站的建设来说,投资很小,大大减少了耗资。

据了解,以往金山湖整体监测从采样到分析需要1天时间,现在无人采样船每隔500米采一个点,大概两小时就完成了全部监测项目。监测完成后,检测机器人就能实时绘制出污染物分布状况图,工作人员可以直接判断哪里污染浓度高、哪种污染物多。金山湖主要污染物为氨氮,结合气象情况,近日由于下雨,导致氨氮浓度略高于日常值。

同时,由于一些流域存在危险性,工作人员在日常监测中很难深入。而无人监测船在破解“监测难”方面有独特优势,只要规定好路线,无人监测船就可以自动采样、分析、监测。

张建军举例说,丹阳和金坛交界的丹金槽河常年受氮磷污染,由于潮汐效应,流向不定,加之地理位置复杂,许多地点工作人员很难到达,采用常规手段几乎无法实现,虽然双方环保局都进行了大量的摸排工作,但一直找不到原因,而镇江很多水域都存在这样的问题。

近期,镇江市环保局通过无人监测船对丹金槽河进行网格化监测,画出了整个流域的总磷污染分布图,根据高浓度的GPS点位,发现了4处高浓度样品位置,并清晰地断定了磷污染的原因,1个工业企业排放支流和两个个乡镇生活污水排放所致。

☞采样分析报表一体化,原理类似无人机

无人监测船与众所周知的无人机是否有类似之处呢?

同无人机一样,无人监测船也可以实现无人导航航行、自动监测数据并实时上传。无人监测船靠锂电池工作,可连续8小时工作,航速约每小时6公里,续航约50公里。

船体密封,长约1.4米,宽约0.9米,舱外有两个白色“触角”,据介绍,这是传感器,一个负责检测溶氧和氧化还原电位,另外一个负责检测氨氮和浊度。船舱内有检测机器人及各类显示仪表。“检测机器人是无人监测船的核心部件,发挥着核心作用。” 张建军介绍说,从样品采样、试剂添加、样品的前处理(如蒸馏,萃取,加热消解),到最后检测结果,都依靠检测机器人自动计算,并形成报表。据了解,除常规的电化学电极方法外,监测机器人还可以对氰化物、挥发酚、氨氮、总磷、总氮、COD等项目进行分析。

据介绍,无人监测船主要有两种航行模式,一种是根据预先设定的河流或湖泊的GPS位置点位自动导航自动航行,另一种是通过无线电信号遥控航行。根据设定好的轨迹,无人监测船可以绘制出水中污染物的分布图。“分布图标明了流域的GPS点位及污染物浓度变化,不同的颜色代表不同的浓度,这些浓度和数据都是检测机器人计算分析出来的。” 张建军指着电脑屏幕说。

此外,无人监测船在航行过程中,船载超声波探测仪可以自动探索前方是否有障碍物,自动修改船体的航速和航向。

☞应急监测前景看好,功能尚需改进

我国目前水污染事件频发,事件发生后,水体污染原因是什么,污染物扩散速度如何,污染物扩散到了哪些地方,采取何种措施控制污染,这些都是环境应急监测必不可少的工作内容,无人监测船在应急监测方面优势更为明显。

无人监测船可以实时提供水质监测信息,让决策者及时掌控水污染状况,为制定应急方案出台提供支撑。

2012年镇江发生苯酚水源地污染事故,由一艘货轮泄漏所致,但当时无法及时判断污染源头。相关部门只能多方面排查原因,而实验室分析是个相对漫长的过程,既耗时又耗力。

张建军告诉记者,如果采用无人监测船处理类似突发事件,工作状况是这样的:首先,无人监测船可以根据浓度上升变化,通过追踪,查到污染源头;之后,无人监测船可以连续对水污染物的浓度变化进行跟踪监测,直到污染浓度达到正常合格范围以内,这对于突发水环境事件的处理尤为重要。

张建军认为,无人监测船应用前景将会非常广阔,除水质采样或水质检测功能以外,无人监测船平台还可以搭载多普勒剖面仪(ADCP)、单波束声纳、放射性检测仪等设备,实现自动化的流量、水深、核辐射测量等工作。

无人监测船作为新生事物,目前也还存在一些问题,比如其采用的螺旋桨容易受到水体中的水草,丝网等物质缠绕,还需要人为干预。由于无人船船体相对单薄,抗风浪能力不够,遇到大风浪需要回避。无人监测船设备供应商北京瑞升特科技有限公司总经理殷志成也认为,无人监测船实现了无人船和水质监测“跨界融合”,但两项技术在数据兼容方面、无人监测船的尺寸方面都还需要进一步探索改进。

据了解,环境保护部目前正在着手制定地表水无人监测规范,镇江也是行业标准起草申报单位之一。随着全国网格化监测应用越来越多,无人监测船也将有更加广阔的用武之地。

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