新型应急技术在突发环境污染中的应用

曲茉莉 王强 邢洁 曾红云

摘要：近年来，随着我国综合国力的增强，人口日益集中，社会活动强度增大，突发环境污染事件频发，对社会、经济、人民财产安全构成了巨大威胁。为减少突发污染事故造成的损失，政府对应急技术的研发和整合高度重视。现代应急技术在突发环境污染事故的事前防范、事中处置和事后修复过程中均起到至关重要的作用。该文就先进的无人遥感技术、现场应急监测技术和现代化环境信息技术在突发环境污染应急过程中的应用进行了综述，旨在为应急方案的制定拓展新思路，为管理者制定应急决策提供技术支撑。

关键词：突发环境污染应急技术 无人机 无人船 现场应急检测 环境信息

中图分类号：X5 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）05（b）-0093-02

20世纪初，美国、德国、日本等发达国家由于工业生产领域重大污染事故频繁发生，开展了突发环境污染事故防范与应急的相关研究，开发了各种类型事故处理处置技术[1]。近年来，随着我国工业经济的飞速发展，环境领域污染事件频发，松花江水污染、兰州水污染等重、特大环境污染事故的发生，对社会、经济、人民财产安全构成了巨大威胁。针对突发环境事故频发的新形势，国家成立了专门的环境应急机构，将环境事故的防范和应急处置作为一项重要工作来抓。然而，受技术水平的限制，环保部门的应急响应能力与实际需求还存在较大差距。因此，将新型应急技术应用到突发环境污染事件的应急响应中，是环保部门亟待解决的重要问题之一。无人遥感监测技术、现场应急检测技术、现代化环境信息技术作为新兴的应急技术手段，可有效提高应急响应能力，减少突发环境污染事件造成的损失，有利于管理和决策。

1 无人机遥感技术

无人机（unmanned aerial vehicle， UAV）是一种依靠导航模块和动力装置，通过计算机预编程序或无线电遥控技术，来进行无人操作的自主飞行器。无人机种类繁多，按照飞行器重量可以划分为大型、中型、小型和微型；按照结构类别可以划分为旋翼、固定翼、垂直起降机和无人直升机；按照航程不同可以划分为远程、中程和近程。无人机遥感技术（unmanned aerial vehicle remote sensing，UAVRS）是基于无人机平台，利用成像或非成像传感器，来获取遥感影像数据的一种自动化、智能化、专业化技术[2]。

近年来，无人机遥感技术被用于环境污染事故应急中，它避免了因危险环境或恶劣条件造成的交通受阻而无法掌握具体灾情的信息盲区现象，可以实时快速地跟踪和监测突发环境污染事件的发展，为及时制定有效的应急方案提供依據。如汶川地震中，无人机迅速抵达灾区进行航拍，获得了一手遥感影像信息，为灾情决策提供依据，有效提高了减灾效果。在大气应急污染监测方面，根据大气污染源的分布图，通过后期数据处理，可以明确大气中主要污染物，及其颗粒大小和空间分布情况。在水体应急污染监测方面，可以迅速获取水体污染范围、污染源类型及位置分布[3]。

2 无人船监测技术

无人遥感水质环保船监测技术是一种水生态保护和应急监管的新型手段，它依托于遥感导航水质分析平台，预先设定好监测点位和监测时间，通过搭载自动采样监测设备，将获得的即时数据传回基站备份，整个流程完全自动化，减少了载人船传送样品和数据的时间，降低了获得数据的成本。另外，无人船的主体结构是自动导航和监测系统，相对于载人船少了驾驶室、人员休息区、样品收集区等，船体变得更轻，所需燃料更少，节省了油耗能源，减少了碳的排放，更符合国家倡导的生态环保大趋势。同时，无人水面平台机动性强、成本低、效率高，可以弥补现有的现场监测技术手段的不足的缺点。

在突发事故应急中，无人船相对于载人船具有高强度和耐腐蚀性的优点，能够有效抵抗污染物对船体的腐蚀。在恶劣天气下，风速在10 m以上，浪比较高的时候，载人船无法正常工作，而无人船因船体设计的自稳定功能，具有很好的抗倾覆功能，不管船在水面怎样摇晃，地面都可以获得高稳定性图像，提高了数据的可靠性。在辐射、高温、易爆、有毒、重污染恶臭等复杂危险的水面工作环境和背景下，无人遥感水质环保船可以通过人为设定航线，深入载人船无法到达或不易到达的危险、近岸等空白水域进行全自动监测工作，完成环境监测与事故应急处理处置作业任务，降低了危险水域采样的安全隐患。另外，无人船体四周可以安装摄像头，用以采集水面全景图像，包括从船体上方拍摄的周边鸟瞰画面，决策者只需在岸边某处，通过通信技术手段接收传感器发回的实时画面，为决策者制定正确的应急措施提供可靠支持。

3 现场应急检测技术

由于突发性环境污染事件会在瞬时或短时间内释放大量污染物，且具有很强的不确定性。因此，对应急检测在灵敏度、分辨率、便捷性和速度方面要求严格。目前，常用的现场应急检测技术有气体检测管法、便携式光离子化气体检测法、便携式红外光谱法、便携式气相色谱—质谱联用法和便携式离子迁移谱法[4]。

3.1 气体检测管法

该种方法是利用气态化学污染物与指示剂发生显色反应，来快速定性和半定量的一种现场应急检测技术。目前，国内开发了几十种污染物的气体检测管，有光气、氯气、氨气、二氧化硫、二氧化氮、硫化氢、氟化氢、砷化氢、氢氰酸、硫酸二甲酯、苯等。该种方法具有快速、灵敏、易操作的优点。但是当多种气体污染物共同存在时，会相互干扰产生误差。

3.2 便携式光离子化气体检测法

该种方法是利用便携式光离子化气体分析仪进行连续测量的现场检测技术。它是把被测气体电离后转化为电流信号，通过检测电流的大小，自动读出待测气体的浓度。该种方法检测响应快速，可连续测量，对于事故区域或危险范围确认有突出作用；检测线性范围宽，适应性广，可以检测400多种挥发性有机化合物（VOCs）和NH3、H2S、AsH3、PH3、Cl2、Br2及NO等无机有毒气体，在应急事故检测中可有重要的用途；仪器体积小、重量轻， 可携至任何需要检测的地点。内置强力吸气泵可以吸取人员不便到达地点的待测气体。但是，该种技术无法检测测空气的N2、O2 、CO2、H2O成分和CO、HCN、SO2、CH4、HCl、HF、HNO3、 O3及非挥发性有机物等[5]。

3.3 便携式傅立叶变换红外光谱法

该种方法是利用化学物质特有的官能团具有特征性的红外光谱的特性，来对待测未知化合物进行快速检测的现场应急技术。将样品的红外光谱与谱库中的标准光谱进行比对，通过吸收峰的频率值进行定性，通过吸收强度进行定量。采用该种方法，可以对突发事件现场的未知污染物进行快速鉴别，有利于利用其它方法更有针对性地投入应急监测。我国选择优先登记的40个有毒化学品中沸点较低的十多种化学品污染形成的有害气体均可使用便携式红外光谱法进行现测定。

3.4 便携式气相色谱-质谱联用法

该种方法的特点在于它可以对复杂化学组分进行分离鉴定和定量检测，适用于能够气化的纯样或复杂混合物的分析。便携式气相色谱-质谱联用法主要是利用气相色谱的毛细管柱对待测污染物的组分进行分离，然后通过质谱分析得到各组分的结构信息，再与质谱库中的标准物质进行比对，最后确定污染物的类别。该种方法具有较高的灵敏度和选择性，鉴别污染物的能力强大。在突发环境污染事件应急响应中，能够现场鉴别复杂的挥发性和半挥发性有毒有害物质，是应急检测重要的技术手段[6]。

3.5 便携式离子迁移谱法

该种方法是针对微量气体的新型检测技术，它可以在大气压或近大气压下，将污染物样品离子化后，根据样品离子在漂移管弱电场中漂移时间的差别及形成离子电流的大小，获得样品的离子迁移谱图，进而对污染物进行定性定量检测。它能够准确快速的鉴别有毒有害污染物的细微痕迹，具有高灵敏性和便捷性。

4 环境信息技术

环境信息技术是将现代信息科学技术和理论应用到具体的污染防治过程中，在突发环境污染事故发生时，能够准确、迅速地获得事故信息，便于制定更加科学、易操作的应急预案，保障应急监测工作的高效，缩短事故持续时间，降低事故造成的损失。

4.1 数据库管理技术

在制定突发环境污染应急预案时，需要掌握应急相关信息，用数据库技术进行管理，通过风险源基础信息与事故信息的比对，查找可能造成、影响或将要影响本次环境应急事故处置工作的风险源，并对其进行重点监控，为应急指挥中心提供有效的决策依据。应急信息数据库包括物质特性库、企业数据库、敏感目标库、应急指挥实例数据库和应急资源库等[7]。

物质特性库：涉及危险化学品种类、特性、应急监测方法、应急处理方法和危险性防护信息等；企业数据库：涵盖企业基本信息，危险化学品生产、使用、储存情况，排污信息和事故预案等；敏感目标库：包括敏感目标基本信息，敏感目标类型和敏感目标台账等；应急指挥实例数据库：记录历史环境应急事件，归纳类似事件的影响范围、损失范围，为制定应急预案提供借鉴依据，以帮助决策；应急资源库：满足环境应急对法律法规、技术标准、行业专家、应急机构、应急队伍联络信息、应急物资储备信息、防护知识等信息资源的调用需求。

4.2 3S技术

3S技术是地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）和全球定位系统（GPS）的统称。GIS技术可准确迅速地定位环境敏感点，划定事故影响区域等。同时，结合气象和水文参数、危险化学品的理化特性，模拟预测大气和水环境中污染物扩散过程，快速锁定重点防护区域和流域，为人员疏散、撤离，以及采取相应应急预案提供决策帮助。RS技术可以实时、快速地提供大面积地物及其周边环境的几何与物理信息及各种变化参数。GPS技术可以对事故现场、敏感点、监测点进行精确定位，从空间角度分析事故的影响范围[8]。

在突发环境污染事故应急中运用3S技术，能够明确污染物的分布情况，了解污染物的迁移扩散态势，及时反馈处置过程中的污染物分布及浓度变化情况，为选择有效的应急处置措施提供决策依据。

4.3 3G无线音视频传输技术

3G无线音视频传输技术是一种新兴的信息技术手段，由3G终端和多媒體综合监控平台两部分组成。它利用高速数据传输的蜂窝移动通讯技术，将污染区域声音、影像及位置信息实时传输至应急监控平台，从而实现和现场终端的数据交互功能，实现指令、指示、命令、批件等调度信息的主动推动功能[9]。它具有覆盖广、便携性、安全性和实用性的特点，可有效提高应急响应速度，实现远程监控和指挥。

5 结语

环境应急技术在我国刚刚起步，技术水平与发达国家相比差距很大。探寻适合我国国情的应急手段，整合环境应急先进技术，构建环境应急信息化平台，强化应急联动机制，为环境事件信息搜集汇总、分析判断、快速反应提供保障，以满足当前公众和环境管理部门对环境应急工作日益提高的要求。

参考文献

[1] Nina wessberg，Riitta molarius.Governance challenges and the prevention of industrial environmental accidents：the case of Finland[J].European environment，2008，18（6）：371-386.

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[3] 李德仁，李明.无人机遥感系统的研究进展与应用前景[J].武汉大学学报信息科学版，2014，39（5）：505-511.

[4] 赵岩，汪彤.危险化学品应急快速检测的方法比较[J].安全，2013（3）：18-20.

[5] 工海龙，曹秀君，鲍春，等.新型光离子化检测器的设计与应用[J].分析化学，2011，39（10）：1513-1516.

[6] 吕怡兵，孙晓慧，付强.便携式气相色谱一质谱仪测定空气中挥发性有机污染物的准确性田[J].色谱，2010，28（5）：470-475.

[7] 陈海洋，滕彦国，王金生，等.环境应急指挥平台研究[J].环境科学与技术， 2011，34（7）：175-179.

[8] 王明贤，张莉莉，孙娜.基于信息技术的环境应急监测技术的研究[J].环境科学与技术，2009，32（1）：190-193.

[9] 王亚林，董圆媛，甫学进.3G无线音视频传输系统在环境应急监测中的应用[J].北方环境，2013，25（9）：138-140.