胡國仲，譚印月，巢 波，李嘉義

（江蘇常環(huán)環(huán)境科技有限公司，江蘇 常州 213022）

近年來，我國不斷加大水生態(tài)環(huán)境保護(hù)和綜合治理力度，水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量得到持續(xù)改善，百姓身邊清水綠岸、魚翔淺底的現(xiàn)象明顯增多，但流域面源污染負(fù)荷大、小微水體富營養(yǎng)化嚴(yán)重和特定水體環(huán)境污染久治不愈的問題依然突出[1]，這主要是由入河排污口底數(shù)不清、上游污染來源不明和責(zé)任主體不明確造成的。入河排污口作為人類生產(chǎn)活動過程中產(chǎn)生的污染物進(jìn)入流域水生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵通道，其上游連接著人類的生產(chǎn)生活、衣食住行等各方面，下游連通著河流、湖泊等各種生物賴以生存的主要場所，對入河排污口的科學(xué)管治是持續(xù)改善水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的重要途徑，入河排污口排查和污染物溯源工作對開展流域水污染的精準(zhǔn)施策、推動流域水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)改善具有重要意義。入河排污口管理得好壞，直接關(guān)系到水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和水生態(tài)安全狀況，與群眾的生產(chǎn)生活關(guān)系密切，沿岸入河排污口排污問題也是群眾反映強(qiáng)烈的環(huán)境問題之一。傳統(tǒng)的入河排污口排查工作主要依賴于人工徒步排查，對排查人員的工作經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任心要求都很高，很容易出現(xiàn)漏排、錯(cuò)排情況，入河排污口溯源不精確，且工作效率不高。在入河排污口排查溯源過程中，應(yīng)用成熟的技術(shù)手段，可以實(shí)現(xiàn)入河排污口高效精準(zhǔn)的排查。本文根據(jù)已開展的入河排污口排查工作基礎(chǔ)，探討無人機(jī)航拍技術(shù)、無人船暗管探測技術(shù)、水質(zhì)指紋溯源技術(shù)和管網(wǎng)探測技術(shù)等在入河排污口排查溯源工作中的應(yīng)用。

1 排污口排查技術(shù)路徑

2019—2020 年，生態(tài)環(huán)境部組織開展了長江流域入河排污口排查整治專項(xiàng)行動，探索出了入河排污口“三級排查”模式[2]，并在后續(xù)黃河流域入河排污口排查整治專項(xiàng)行動工作中進(jìn)行了優(yōu)化，形成了具有指導(dǎo)意義的入河排污口排查模式。

入河排污口第一級排查工作內(nèi)容為：制定入河排污口排查工作方案，利用衛(wèi)星遙感、無人機(jī)航拍等技術(shù)手段，按照“全覆蓋”要求開展入河排污口排查工作，基于現(xiàn)場調(diào)查獲取的遙感影像和基礎(chǔ)資料，解譯、標(biāo)記疑似入河排污口和可疑區(qū)域，增補(bǔ)入河排污口、所調(diào)查河湖岸線等信息，形成入河排污口初步排查對象清單。

入河排污口第二級排查工作內(nèi)容為：以第一級排查形成的入河排污口排查對象清單作為工作目標(biāo)，制定入河排污口現(xiàn)場排查工作方案，對疑似入河排污口、可疑區(qū)域和歷史入河排污口等信息進(jìn)行實(shí)地確認(rèn)、修改，并沿河湖岸線查找第一級排查遺漏的入河排污口，對排查認(rèn)定的入河排污口和非排污口進(jìn)行相關(guān)信息填報(bào)或登記，形成入河排污口現(xiàn)場排查成果清單。

入河排污口第三級排查工作內(nèi)容為：在第一級排查和第二級排查的工作基礎(chǔ)上，對存在疑義的點(diǎn)位形成“重點(diǎn)區(qū)域”，開展入河排污口信息復(fù)核和精細(xì)核查工作，形成客觀準(zhǔn)確的入河排污口分類、分布和出水污染程度等信息數(shù)據(jù)，形成入河排污口“一張圖”“一本賬”。

2 相關(guān)技術(shù)應(yīng)用

2.1 無人機(jī)航拍技術(shù)

2.1.1 技術(shù)介紹

無人機(jī)具有小巧便于攜帶的特點(diǎn)，使用無人機(jī)搭載航空攝像機(jī)可以快速地對人工徒步無法進(jìn)入的區(qū)域進(jìn)行航空拍攝，無人機(jī)被廣泛地應(yīng)用于環(huán)境執(zhí)法和取證中[3]，針對入河排污口排查，無人機(jī)航拍也成為了推薦的技術(shù)手段之一。使用無人機(jī)航拍技術(shù)開展入河排污口排查是指在無人機(jī)平臺上搭載高分辨率航空攝像機(jī)、衛(wèi)星定位傳感器等設(shè)備，按設(shè)定的飛行路線沿河湖岸線低空飛行，進(jìn)行連續(xù)拍攝，獲取入河排污口位置信息、航拍照片等數(shù)據(jù)，經(jīng)人工判斷識別后，生成入河排污口初步排查對象清單，實(shí)踐應(yīng)用表明，采用無人機(jī)進(jìn)行入河排污口解譯識別，解譯成功率可達(dá)80%以上。目前，常見的無人機(jī)按照類型可以分為固定翼無人機(jī)、多旋翼無人機(jī)和混合翼無人機(jī)。多旋翼無人機(jī)成本低且操作簡單，起飛空間要求不高，飛行速度慢，適合入河排污口細(xì)節(jié)的拍攝，從使用成本、操作性、起飛空間和飛行速度等各方面綜合考慮，一般使用多旋翼無人機(jī)開展入河排污口排查工作。

2.1.2 技術(shù)應(yīng)用

1）無人機(jī)航空攝影。無人機(jī)航攝飛行平臺需裝配全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，獲得高精度的定位定姿系統(tǒng)（Position and Orientation System，POS）數(shù)據(jù)，無人機(jī)航線沿河流方向呈帶狀形式敷設(shè)，航飛高度應(yīng)根據(jù)圖像分辨率、鏡頭焦距及現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置[4]。無人機(jī)航攝作業(yè)應(yīng)選擇在有利的氣象條件下開展，盡量避免或減少地表植被和其他覆蓋物（如洪水和揚(yáng)沙等）對無人機(jī)航攝的不利影響，飛行作業(yè)建議在正午前后3 h 內(nèi)作業(yè)，既能保證充足的光照度，又可避免過大的陰影。飛行作業(yè)建議在枯水期開展，枯水期河流水位低，草木生長不茂盛，在豐水期或平水期隱藏在水面以下或植被生長茂盛區(qū)域的入河排污口較易被發(fā)現(xiàn)，在枯水期，可以最大限度地發(fā)揮無人機(jī)高空攝影效果，提高入河排污口識別精準(zhǔn)度。

2）數(shù)據(jù)處理及解譯?；跓o人機(jī)航拍原始影像、POS及相機(jī)檢校等數(shù)據(jù)，完成影像數(shù)據(jù)處理及拼接工作，分架次形成飛行范圍內(nèi)無人機(jī)數(shù)字正射影像。入河排污口解譯工作是無人機(jī)排口排查的核心內(nèi)容，采用人機(jī)交互式解譯的方式，航攝影像制作完成后即開展數(shù)據(jù)解譯工作，結(jié)合入河排污口的紋理、顏色、形狀和周邊環(huán)境等特征，識別入河排污口疑似點(diǎn)位，形成入河排污口初步排查清單[5]。入河排污口附近可能會有植物或其他覆蓋物遮擋，或位于水面以下，傳統(tǒng)的人工徒步排查方式難以發(fā)現(xiàn)，使用無人機(jī)航拍排查也有一定挑戰(zhàn)，正在排污的入河排污口附近會形成污染帶，排污口入河處河水的顏色與自然水體存在明顯差異，可通過無人機(jī)影像進(jìn)行識別解譯，也可加載紅外鏡頭或光譜分析等設(shè)備，通過分析水溫、水質(zhì)差異來識別入河排污口。

3）技術(shù)應(yīng)用局限性。使用無人機(jī)航拍技術(shù)排查入河排污口在應(yīng)用中也存在一定的局限性。無人機(jī)航拍技術(shù)主要是通過空中觀察開展排查，難以獲得觀察入河排污口的最佳角度，入河排污口排查的數(shù)據(jù)質(zhì)量和信息獲取存在不足，由于河道存在彎曲，無人機(jī)飛行路線需要通過人工判斷，排查獲得的數(shù)據(jù)完整性難以得到保障，在排查較為隱蔽的入河排污口時(shí)，無人機(jī)選型不當(dāng)會導(dǎo)致無法采集到有效數(shù)據(jù)。

2.2 無人船暗管探測技術(shù)

2.2.1 技術(shù)介紹

無人船暗管探測技術(shù)是依托小型船體作為工作平臺，搭載側(cè)掃聲吶模塊開展工作，對排查范圍內(nèi)的暗管進(jìn)行排查，將側(cè)掃的聲波實(shí)時(shí)、直觀地傳輸至電腦基站系統(tǒng)中，入河排污口現(xiàn)場排查人員通過聲波呈現(xiàn)的影像，提取入河排污口疑似點(diǎn)位相關(guān)信息。側(cè)掃聲吶的工作原理與側(cè)視雷達(dá)類似，通過左右兩側(cè)的換能器基陣，發(fā)射聲脈沖，聲波以球面波的形式向外傳播，碰到障礙物會形成反射波，其中反射波會按原傳播路線返回，通過接收水下物體的回波發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。

2.2.2 技術(shù)應(yīng)用

在入河排污口排查工作中，部分入河排污口位于水面以下，不易被發(fā)現(xiàn)，在工業(yè)集聚區(qū)、生活集聚區(qū)的排查河段，雨污水管網(wǎng)復(fù)雜，部分雨污混流口、污水偷排口等位于水面以下，采用人工現(xiàn)場排查的方式很難發(fā)現(xiàn)。采用無人船搭載側(cè)掃聲吶模塊可以對疑似存在入河排污口的河段開展重點(diǎn)排查，并標(biāo)記水面以下入河排污口精確位置信息，為進(jìn)一步開展入河排污口追蹤溯源提供工作基礎(chǔ)。無人船動力系統(tǒng)一般采用油電混合或純電動模式，可在高速、中速和低速等各種航速下運(yùn)行，入河排污口排查工作人員在岸上即可接收相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場排查情況。

無人船受電池容量的限制，航程有限，在暗管排查過程中，需要慢速細(xì)致排查，耗時(shí)較長，建議在入河排污口排查過程中，主要在工業(yè)集聚區(qū)、生活集聚區(qū)等疑似排污河段使用無人船暗管探測技術(shù)，輔助開展入河排污口排查工作，發(fā)揮無人船搭載聲吶模塊排查暗管的優(yōu)勢。若排查河段周邊以種植業(yè)用地、未開發(fā)用地和林地等用地為主，建議現(xiàn)場排查人員以乘坐汽艇或沖鋒舟與人工徒步相結(jié)合的方式排查入河排污口，提高工作效率。

2.3 水質(zhì)指紋溯源技術(shù)

2.3.1 技術(shù)介紹

三維熒光光譜是近年來新興的水體有機(jī)污染檢測技術(shù)，具有直觀、靈敏度高和重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，越來越多地應(yīng)用在溶解性有機(jī)物的研究及水質(zhì)監(jiān)測上。三維熒光光譜是一種三維矩陣光譜，與水樣一一對應(yīng)，被稱為水質(zhì)指紋[6]，清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)借鑒刑偵中通過手指指紋快速查找嫌疑犯的思路，研發(fā)出水質(zhì)指紋污染溯源技術(shù)，使用該技術(shù)來識別污染物排放來源。采用三維熒光光譜技術(shù)對水樣進(jìn)行分析的工作原理是利用了不同污染物之間的平面和立體結(jié)構(gòu)差異，它們只對特定波長的光進(jìn)行吸收，也只在特定的波長發(fā)射出熒光，污水所表現(xiàn)出的三維熒光光譜特征差異為其表征、區(qū)分及追蹤溯源提供了理論支撐，三維熒光光譜分析可以用于水環(huán)境質(zhì)量評價(jià)和水環(huán)境污染來源追溯。通過對比水體和疑似污染源之間熒光相似度可以解析水體受納的污染源類型，除用來鑒定污染源類型外，水質(zhì)指紋溯源技術(shù)還可以通過揭示熒光強(qiáng)度的時(shí)空變化趨勢來反映污染源對水體影響的時(shí)空特征，從而為環(huán)境管理部門開展水環(huán)境源頭治理提供依據(jù)，這項(xiàng)技術(shù)在污染溯源領(lǐng)域被認(rèn)為具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

2.3.2 技術(shù)應(yīng)用

在入河排污口排查工作過程中，會發(fā)現(xiàn)一些難以確定污染來源的入河排污口，常規(guī)的水質(zhì)監(jiān)測指標(biāo)可以表征排污口出水的污染程度，但難以根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)判定污染來源。對于問題排口，如果上游涉水企業(yè)、居住小區(qū)較多，懷疑面大，入河排污口溯源工作量將會大幅增加，耗費(fèi)時(shí)間和精力多，不能及時(shí)開展污染源排查、污染物溯源工作，精準(zhǔn)確定排污口污染來源。采用水質(zhì)指紋溯源技術(shù)，可以對入河排污口出水進(jìn)行三維熒光光譜分析，與熒光指紋圖譜庫進(jìn)行比對，判定污染源類型，還可以通過對比入河排污口出水及上游排污企業(yè)廢水三維熒光特征相似度，高效判斷污染來源。三維熒光指紋譜具有測試簡單、反應(yīng)靈敏、信息豐富和不破壞樣品等特點(diǎn)，越來越受到環(huán)保工作者的關(guān)注，三維熒光光譜可以快速地反映水質(zhì)變化，是一種有效的水體污染來源追溯工具[7]，但是，由于三維熒光指紋譜只能表示水樣中熒光類溶解性有機(jī)物種類、含量的變化，還受pH、金屬離子和溫度等外界因素的影響，基于單一的三維熒光指紋譜進(jìn)行污染來源溯源解析具有不確定性，需要完善地區(qū)三維熒光指紋圖譜庫，提高溯源分析的準(zhǔn)確率。建議在入河排污口溯源過程中，采用水質(zhì)指紋溯源技術(shù)與其他溯源技術(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行深度溯源，實(shí)現(xiàn)更加準(zhǔn)確的溯源解析，提高溯源結(jié)果的可信度。

2.4 管網(wǎng)探測技術(shù)

2.4.1 技術(shù)介紹

潛望鏡檢測系統(tǒng)是一種使用管道潛望鏡在檢查井內(nèi)對管道內(nèi)部進(jìn)行檢測的技術(shù)方法，是管道內(nèi)窺技術(shù)的一種，潛望鏡檢測系統(tǒng)主要由主控器、配備攝像頭的手提竿及連接主控器和手提竿的線纜3 部分構(gòu)成，是采用管道潛望鏡在檢查井內(nèi)對管道進(jìn)行檢測的方法。適用于d150～d2000 管徑管道的探測，采用管道潛望鏡對管道內(nèi)部檢測時(shí)，應(yīng)保持管道內(nèi)水位處于較低水平。潛望鏡檢測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是可以解決攝像距離滿足不了管道長度及上傳速率緩慢不能同步的問題，使用快捷，能夠準(zhǔn)確判斷管道材質(zhì)缺陷、腐蝕程度及具體位置[8]。

閉路電視檢測系統(tǒng)的主要設(shè)備包括CCD 攝像機(jī)、光源、電纜卷盤及爬行器等。CCD 攝像機(jī)和光源安裝在爬行器上，使用控制器可操作爬行器在管道中行走，CCD 攝像機(jī)采集的管道內(nèi)部24 位真彩圖像數(shù)據(jù)可通過電纜傳送至操作器上。閉路電視檢測系統(tǒng)適用于d400～d2000 管徑管道的內(nèi)部探測，工作環(huán)境需滿足可封堵調(diào)排、滿足相關(guān)設(shè)備的安置和爬行條件。閉路電視檢測系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是較潛望鏡檢測（QV）檢測精度更高，但工作時(shí)管道內(nèi)水位要小于管道內(nèi)徑的30%，管道淤泥厚度要小于管道內(nèi)徑的20%。

聲吶探測技術(shù)是利用探頭向水中發(fā)射聲波并接收水下物體的反射回波，通過分析回波數(shù)據(jù)識別目標(biāo)，目標(biāo)的距離依據(jù)發(fā)射的聲波和回波的到達(dá)時(shí)間差計(jì)算得到。聲吶探測系統(tǒng)在計(jì)算機(jī)和相關(guān)軟件的支持下對接收到的回波信號數(shù)據(jù)進(jìn)行自動處理，計(jì)算排查目標(biāo)的各種參數(shù)，可以檢測排水設(shè)施的運(yùn)行狀況。聲吶探測技術(shù)適用于管道內(nèi)為滿水狀態(tài)情形，優(yōu)點(diǎn)是無須調(diào)排水，使用便捷，缺點(diǎn)是僅能判斷管道斷面的管徑、沉積物形狀及管道變形范圍。

2.4.2 技術(shù)應(yīng)用

在入河排污口排查深度溯源階段，對不能確定污染來源的排污口，為精準(zhǔn)查找污水來源，可以采用潛望鏡檢測（QV）、閉路電視（CCTV）和聲吶（Sonar）等進(jìn)行雨污水管網(wǎng)探測，精準(zhǔn)判斷管網(wǎng)污水來源，可追溯至上游錯(cuò)接、混接點(diǎn)位置，也可查清管道及檢查井結(jié)構(gòu)性缺陷和功能性缺陷。潛望鏡檢測系統(tǒng)、閉路電視檢測系統(tǒng)和聲吶探測技術(shù)相較于反光鏡、目測等傳統(tǒng)的檢測技術(shù)具有直觀、實(shí)時(shí)和精準(zhǔn)等優(yōu)勢，被廣泛用于評估管道結(jié)構(gòu)性與功能性狀況，能夠有效排查管網(wǎng)不完善、管網(wǎng)混接和管網(wǎng)破損等問題，在入河排污口排查工作中，可以查清排污口污染來源，為源頭治理污水直排提供技術(shù)支撐。

3 結(jié)束語

入河排污口排查和污染源精準(zhǔn)溯源工作對于實(shí)現(xiàn)流域水污染治理的精準(zhǔn)施策具有重要的意義，做好入河排污口排查溯源工作是開展排污口整治工作的基礎(chǔ)。在入河排污口排查、溯源過程中，根據(jù)不同情景選用合理的技術(shù)、設(shè)備能夠大幅度提高入河排污口排查工作效率，提高入河排污口排查和溯源準(zhǔn)確性。無人機(jī)航拍技術(shù)可以在空中直接觀察入河排污口，通過攝像頭拍攝、紅外鏡頭或光譜分析設(shè)備收集數(shù)據(jù)，輔助排查入河排污口；無人船搭載側(cè)掃聲吶模塊，可以發(fā)現(xiàn)暗管；水質(zhì)指紋溯源技術(shù)可以通過出水三維熒光特性，判斷污染源類型，為排污口溯源提供技術(shù)支撐，在深度溯源階段可以根據(jù)不同管網(wǎng)口徑及排查條件選用潛望鏡檢測技術(shù)、閉路電視檢測技術(shù)和聲吶探測技術(shù)等手段，探測疑似排污管網(wǎng)情況，準(zhǔn)確判斷管道缺陷、錯(cuò)混接具體位置。合理使用新技術(shù)、新裝備可以更好地開展入河排污口排查工作，為流域水污染治理打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。