曲茉莉 王強(qiáng) 邢潔 曾紅云

摘要：近年來，隨著我國綜合國力的增強(qiáng)，人口日益集中，社會(huì)活動(dòng)強(qiáng)度增大，突發(fā)環(huán)境污染事件頻發(fā)，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人民財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了巨大威脅。為減少突發(fā)污染事故造成的損失，政府對(duì)應(yīng)急技術(shù)的研發(fā)和整合高度重視?，F(xiàn)代應(yīng)急技術(shù)在突發(fā)環(huán)境污染事故的事前防范、事中處置和事后修復(fù)過程中均起到至關(guān)重要的作用。該文就先進(jìn)的無人遙感技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)技術(shù)和現(xiàn)代化環(huán)境信息技術(shù)在突發(fā)環(huán)境污染應(yīng)急過程中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，旨在為應(yīng)急方案的制定拓展新思路，為管理者制定應(yīng)急決策提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：突發(fā)環(huán)境污染應(yīng)急技術(shù) 無人機(jī) 無人船 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急檢測(cè) 環(huán)境信息

中圖分類號(hào)：X5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）05（b）-0093-02

20世紀(jì)初，美國、德國、日本等發(fā)達(dá)國家由于工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域重大污染事故頻繁發(fā)生，開展了突發(fā)環(huán)境污染事故防范與應(yīng)急的相關(guān)研究，開發(fā)了各種類型事故處理處置技術(shù)[1]。近年來，隨著我國工業(yè)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，環(huán)境領(lǐng)域污染事件頻發(fā)，松花江水污染、蘭州水污染等重、特大環(huán)境污染事故的發(fā)生，對(duì)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、人民財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成了巨大威脅。針對(duì)突發(fā)環(huán)境事故頻發(fā)的新形勢(shì)，國家成立了專門的環(huán)境應(yīng)急機(jī)構(gòu)，將環(huán)境事故的防范和應(yīng)急處置作為一項(xiàng)重要工作來抓。然而，受技術(shù)水平的限制，環(huán)保部門的應(yīng)急響應(yīng)能力與實(shí)際需求還存在較大差距。因此，將新型應(yīng)急技術(shù)應(yīng)用到突發(fā)環(huán)境污染事件的應(yīng)急響應(yīng)中，是環(huán)保部門亟待解決的重要問題之一。無人遙感監(jiān)測(cè)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急檢測(cè)技術(shù)、現(xiàn)代化環(huán)境信息技術(shù)作為新興的應(yīng)急技術(shù)手段，可有效提高應(yīng)急響應(yīng)能力，減少突發(fā)環(huán)境污染事件造成的損失，有利于管理和決策。

1 無人機(jī)遙感技術(shù)

無人機(jī)（unmanned aerial vehicle， UAV）是一種依靠導(dǎo)航模塊和動(dòng)力裝置，通過計(jì)算機(jī)預(yù)編程序或無線電遙控技術(shù)，來進(jìn)行無人操作的自主飛行器。無人機(jī)種類繁多，按照飛行器重量可以劃分為大型、中型、小型和微型；按照結(jié)構(gòu)類別可以劃分為旋翼、固定翼、垂直起降機(jī)和無人直升機(jī)；按照航程不同可以劃分為遠(yuǎn)程、中程和近程。無人機(jī)遙感技術(shù)（unmanned aerial vehicle remote sensing，UAVRS）是基于無人機(jī)平臺(tái)，利用成像或非成像傳感器，來獲取遙感影像數(shù)據(jù)的一種自動(dòng)化、智能化、專業(yè)化技術(shù)[2]。

近年來，無人機(jī)遙感技術(shù)被用于環(huán)境污染事故應(yīng)急中，它避免了因危險(xiǎn)環(huán)境或惡劣條件造成的交通受阻而無法掌握具體災(zāi)情的信息盲區(qū)現(xiàn)象，可以實(shí)時(shí)快速地跟蹤和監(jiān)測(cè)突發(fā)環(huán)境污染事件的發(fā)展，為及時(shí)制定有效的應(yīng)急方案提供依據(jù)。如汶川地震中，無人機(jī)迅速抵達(dá)災(zāi)區(qū)進(jìn)行航拍，獲得了一手遙感影像信息，為災(zāi)情決策提供依據(jù)，有效提高了減災(zāi)效果。在大氣應(yīng)急污染監(jiān)測(cè)方面，根據(jù)大氣污染源的分布圖，通過后期數(shù)據(jù)處理，可以明確大氣中主要污染物，及其顆粒大小和空間分布情況。在水體應(yīng)急污染監(jiān)測(cè)方面，可以迅速獲取水體污染范圍、污染源類型及位置分布[3]。

2 無人船監(jiān)測(cè)技術(shù)

無人遙感水質(zhì)環(huán)保船監(jiān)測(cè)技術(shù)是一種水生態(tài)保護(hù)和應(yīng)急監(jiān)管的新型手段，它依托于遙感導(dǎo)航水質(zhì)分析平臺(tái)，預(yù)先設(shè)定好監(jiān)測(cè)點(diǎn)位和監(jiān)測(cè)時(shí)間，通過搭載自動(dòng)采樣監(jiān)測(cè)設(shè)備，將獲得的即時(shí)數(shù)據(jù)傳回基站備份，整個(gè)流程完全自動(dòng)化，減少了載人船傳送樣品和數(shù)據(jù)的時(shí)間，降低了獲得數(shù)據(jù)的成本。另外，無人船的主體結(jié)構(gòu)是自動(dòng)導(dǎo)航和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，相對(duì)于載人船少了駕駛室、人員休息區(qū)、樣品收集區(qū)等，船體變得更輕，所需燃料更少，節(jié)省了油耗能源，減少了碳的排放，更符合國家倡導(dǎo)的生態(tài)環(huán)保大趨勢(shì)。同時(shí)，無人水面平臺(tái)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)、成本低、效率高，可以彌補(bǔ)現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段的不足的缺點(diǎn)。

在突發(fā)事故應(yīng)急中，無人船相對(duì)于載人船具有高強(qiáng)度和耐腐蝕性的優(yōu)點(diǎn)，能夠有效抵抗污染物對(duì)船體的腐蝕。在惡劣天氣下，風(fēng)速在10 m以上，浪比較高的時(shí)候，載人船無法正常工作，而無人船因船體設(shè)計(jì)的自穩(wěn)定功能，具有很好的抗傾覆功能，不管船在水面怎樣搖晃，地面都可以獲得高穩(wěn)定性圖像，提高了數(shù)據(jù)的可靠性。在輻射、高溫、易爆、有毒、重污染惡臭等復(fù)雜危險(xiǎn)的水面工作環(huán)境和背景下，無人遙感水質(zhì)環(huán)保船可以通過人為設(shè)定航線，深入載人船無法到達(dá)或不易到達(dá)的危險(xiǎn)、近岸等空白水域進(jìn)行全自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作，完成環(huán)境監(jiān)測(cè)與事故應(yīng)急處理處置作業(yè)任務(wù)，降低了危險(xiǎn)水域采樣的安全隱患。另外，無人船體四周可以安裝攝像頭，用以采集水面全景圖像，包括從船體上方拍攝的周邊鳥瞰畫面，決策者只需在岸邊某處，通過通信技術(shù)手段接收傳感器發(fā)回的實(shí)時(shí)畫面，為決策者制定正確的應(yīng)急措施提供可靠支持。

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急檢測(cè)技術(shù)

由于突發(fā)性環(huán)境污染事件會(huì)在瞬時(shí)或短時(shí)間內(nèi)釋放大量污染物，且具有很強(qiáng)的不確定性。因此，對(duì)應(yīng)急檢測(cè)在靈敏度、分辨率、便捷性和速度方面要求嚴(yán)格。目前，常用的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急檢測(cè)技術(shù)有氣體檢測(cè)管法、便攜式光離子化氣體檢測(cè)法、便攜式紅外光譜法、便攜式氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用法和便攜式離子遷移譜法[4]。

3.1 氣體檢測(cè)管法

該種方法是利用氣態(tài)化學(xué)污染物與指示劑發(fā)生顯色反應(yīng)，來快速定性和半定量的一種現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急檢測(cè)技術(shù)。目前，國內(nèi)開發(fā)了幾十種污染物的氣體檢測(cè)管，有光氣、氯氣、氨氣、二氧化硫、二氧化氮、硫化氫、氟化氫、砷化氫、氫氰酸、硫酸二甲酯、苯等。該種方法具有快速、靈敏、易操作的優(yōu)點(diǎn)。但是當(dāng)多種氣體污染物共同存在時(shí)，會(huì)相互干擾產(chǎn)生誤差。

3.2 便攜式光離子化氣體檢測(cè)法

該種方法是利用便攜式光離子化氣體分析儀進(jìn)行連續(xù)測(cè)量的現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)技術(shù)。它是把被測(cè)氣體電離后轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，通過檢測(cè)電流的大小，自動(dòng)讀出待測(cè)氣體的濃度。該種方法檢測(cè)響應(yīng)快速，可連續(xù)測(cè)量，對(duì)于事故區(qū)域或危險(xiǎn)范圍確認(rèn)有突出作用；檢測(cè)線性范圍寬，適應(yīng)性廣，可以檢測(cè)400多種揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）和NH3、H2S、AsH3、PH3、Cl2、Br2及NO等無機(jī)有毒氣體，在應(yīng)急事故檢測(cè)中可有重要的用途；儀器體積小、重量輕， 可攜至任何需要檢測(cè)的地點(diǎn)。內(nèi)置強(qiáng)力吸氣泵可以吸取人員不便到達(dá)地點(diǎn)的待測(cè)氣體。但是，該種技術(shù)無法檢測(cè)測(cè)空氣的N2、O2 、CO2、H2O成分和CO、HCN、SO2、CH4、HCl、HF、HNO3、 O3及非揮發(fā)性有機(jī)物等[5]。

3.3 便攜式傅立葉變換紅外光譜法

該種方法是利用化學(xué)物質(zhì)特有的官能團(tuán)具有特征性的紅外光譜的特性，來對(duì)待測(cè)未知化合物進(jìn)行快速檢測(cè)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急技術(shù)。將樣品的紅外光譜與譜庫中的標(biāo)準(zhǔn)光譜進(jìn)行比對(duì)，通過吸收峰的頻率值進(jìn)行定性，通過吸收強(qiáng)度進(jìn)行定量。采用該種方法，可以對(duì)突發(fā)事件現(xiàn)場(chǎng)的未知污染物進(jìn)行快速鑒別，有利于利用其它方法更有針對(duì)性地投入應(yīng)急監(jiān)測(cè)。我國選擇優(yōu)先登記的40個(gè)有毒化學(xué)品中沸點(diǎn)較低的十多種化學(xué)品污染形成的有害氣體均可使用便攜式紅外光譜法進(jìn)行現(xiàn)測(cè)定。

3.4 便攜式氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法

該種方法的特點(diǎn)在于它可以對(duì)復(fù)雜化學(xué)組分進(jìn)行分離鑒定和定量檢測(cè)，適用于能夠氣化的純樣或復(fù)雜混合物的分析。便攜式氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法主要是利用氣相色譜的毛細(xì)管柱對(duì)待測(cè)污染物的組分進(jìn)行分離，然后通過質(zhì)譜分析得到各組分的結(jié)構(gòu)信息，再與質(zhì)譜庫中的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行比對(duì)，最后確定污染物的類別。該種方法具有較高的靈敏度和選擇性，鑒別污染物的能力強(qiáng)大。在突發(fā)環(huán)境污染事件應(yīng)急響應(yīng)中，能夠現(xiàn)場(chǎng)鑒別復(fù)雜的揮發(fā)性和半揮發(fā)性有毒有害物質(zhì)，是應(yīng)急檢測(cè)重要的技術(shù)手段[6]。

3.5 便攜式離子遷移譜法

該種方法是針對(duì)微量氣體的新型檢測(cè)技術(shù)，它可以在大氣壓或近大氣壓下，將污染物樣品離子化后，根據(jù)樣品離子在漂移管弱電場(chǎng)中漂移時(shí)間的差別及形成離子電流的大小，獲得樣品的離子遷移譜圖，進(jìn)而對(duì)污染物進(jìn)行定性定量檢測(cè)。它能夠準(zhǔn)確快速的鑒別有毒有害污染物的細(xì)微痕跡，具有高靈敏性和便捷性。

4 環(huán)境信息技術(shù)

環(huán)境信息技術(shù)是將現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)和理論應(yīng)用到具體的污染防治過程中，在突發(fā)環(huán)境污染事故發(fā)生時(shí)，能夠準(zhǔn)確、迅速地獲得事故信息，便于制定更加科學(xué)、易操作的應(yīng)急預(yù)案，保障應(yīng)急監(jiān)測(cè)工作的高效，縮短事故持續(xù)時(shí)間，降低事故造成的損失。

4.1 數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)

在制定突發(fā)環(huán)境污染應(yīng)急預(yù)案時(shí)，需要掌握應(yīng)急相關(guān)信息，用數(shù)據(jù)庫技術(shù)進(jìn)行管理，通過風(fēng)險(xiǎn)源基礎(chǔ)信息與事故信息的比對(duì)，查找可能造成、影響或?qū)⒁绊懕敬苇h(huán)境應(yīng)急事故處置工作的風(fēng)險(xiǎn)源，并對(duì)其進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)控，為應(yīng)急指揮中心提供有效的決策依據(jù)。應(yīng)急信息數(shù)據(jù)庫包括物質(zhì)特性庫、企業(yè)數(shù)據(jù)庫、敏感目標(biāo)庫、應(yīng)急指揮實(shí)例數(shù)據(jù)庫和應(yīng)急資源庫等[7]。

物質(zhì)特性庫：涉及危險(xiǎn)化學(xué)品種類、特性、應(yīng)急監(jiān)測(cè)方法、應(yīng)急處理方法和危險(xiǎn)性防護(hù)信息等；企業(yè)數(shù)據(jù)庫：涵蓋企業(yè)基本信息，危險(xiǎn)化學(xué)品生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存情況，排污信息和事故預(yù)案等；敏感目標(biāo)庫：包括敏感目標(biāo)基本信息，敏感目標(biāo)類型和敏感目標(biāo)臺(tái)賬等；應(yīng)急指揮實(shí)例數(shù)據(jù)庫：記錄歷史環(huán)境應(yīng)急事件，歸納類似事件的影響范圍、損失范圍，為制定應(yīng)急預(yù)案提供借鑒依據(jù)，以幫助決策；應(yīng)急資源庫：滿足環(huán)境應(yīng)急對(duì)法律法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)專家、應(yīng)急機(jī)構(gòu)、應(yīng)急隊(duì)伍聯(lián)絡(luò)信息、應(yīng)急物資儲(chǔ)備信息、防護(hù)知識(shí)等信息資源的調(diào)用需求。

4.2 3S技術(shù)

3S技術(shù)是地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術(shù)（RS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）的統(tǒng)稱。GIS技術(shù)可準(zhǔn)確迅速地定位環(huán)境敏感點(diǎn)，劃定事故影響區(qū)域等。同時(shí)，結(jié)合氣象和水文參數(shù)、危險(xiǎn)化學(xué)品的理化特性，模擬預(yù)測(cè)大氣和水環(huán)境中污染物擴(kuò)散過程，快速鎖定重點(diǎn)防護(hù)區(qū)域和流域，為人員疏散、撤離，以及采取相應(yīng)應(yīng)急預(yù)案提供決策幫助。RS技術(shù)可以實(shí)時(shí)、快速地提供大面積地物及其周邊環(huán)境的幾何與物理信息及各種變化參數(shù)。GPS技術(shù)可以對(duì)事故現(xiàn)場(chǎng)、敏感點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行精確定位，從空間角度分析事故的影響范圍[8]。

在突發(fā)環(huán)境污染事故應(yīng)急中運(yùn)用3S技術(shù)，能夠明確污染物的分布情況，了解污染物的遷移擴(kuò)散態(tài)勢(shì)，及時(shí)反饋處置過程中的污染物分布及濃度變化情況，為選擇有效的應(yīng)急處置措施提供決策依據(jù)。

4.3 3G無線音視頻傳輸技術(shù)

3G無線音視頻傳輸技術(shù)是一種新興的信息技術(shù)手段，由3G終端和多媒體綜合監(jiān)控平臺(tái)兩部分組成。它利用高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆涓C移動(dòng)通訊技術(shù)，將污染區(qū)域聲音、影像及位置信息實(shí)時(shí)傳輸至應(yīng)急監(jiān)控平臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)和現(xiàn)場(chǎng)終端的數(shù)據(jù)交互功能，實(shí)現(xiàn)指令、指示、命令、批件等調(diào)度信息的主動(dòng)推動(dòng)功能[9]。它具有覆蓋廣、便攜性、安全性和實(shí)用性的特點(diǎn)，可有效提高應(yīng)急響應(yīng)速度，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和指揮。

5 結(jié)語

環(huán)境應(yīng)急技術(shù)在我國剛剛起步，技術(shù)水平與發(fā)達(dá)國家相比差距很大。探尋適合我國國情的應(yīng)急手段，整合環(huán)境應(yīng)急先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建環(huán)境應(yīng)急信息化平臺(tái)，強(qiáng)化應(yīng)急聯(lián)動(dòng)機(jī)制，為環(huán)境事件信息搜集匯總、分析判斷、快速反應(yīng)提供保障，以滿足當(dāng)前公眾和環(huán)境管理部門對(duì)環(huán)境應(yīng)急工作日益提高的要求。

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