空天地人信息技术在入河排污口监管中的应用

黄艺丰

（福建省环境监察总队九龙江流域生态环境监管和行政执法大队 福建漳州 363102）

引言

随着经济快速发展，长江水质局部污染严重，入河排污口是污染物进入长江流域水体的重要关口，对其进行规范管理意义重大，因此亟需全面查清排污口信息[1][2]。目前，水环境监测机构和监督执法队伍已基本在流域层面和省级层面建立起来，水质监测与监督执法能力得到不断提高，但由于排污口具有分布范围不均、数量众多、位置隐蔽等特点，导致存在排污口“本底不清，情况不明”的情况，不利于生态环境相关部门的有效监管，因此入河排污口监督管理能力还需要进一步完善[3]。

近年来，以卫星遥感、无人机遥感、GPS 差分定位技术、激光雷达技术、地理信息技术等为代表的空间信息技术在生态环境领域得到了广泛应用[4～7]。因此，本研究基于空天地人一体化信息技术的技术手段，对长江入河排污口进行航空摄影，经数据处理后获取高分辨率正射影像和热红外影像，通过遥感解译对长江入河排污口进行全面监测，并对解译目标进行现场逐一排查，结合水质监测和排污口溯源手段，查清排污口源头，制作入河排污口电子信息“一张图”，从而为长江入河排污口监管体系建设工作奠定基础。

1 空天地人一体化排污口全流程监管方法

1.1 总体技术框架

按照“有口必核、应溯必溯”的基本要求和“测、溯”同步协作的工作方式开展排查溯源工作，围绕“什么口、谁在排、排什么、污不污、排多少、排向哪”等具体环节，运用人工排查、技术排查、资料核查等多种手段，切实查清长江入河排污口实际情况，为后期系统分类整治奠定基础，切实推进水环境质量改善提升。采取的总体技术路线如图1 所示。

图1 总体技术路线图

1.2 排污口排查

结合排污口所在地区的实际情况，采用三级排查的模式对长江入河排污口展开工作。一级排查以卫星遥感、无人机航测为主要手段，对调查区域实现大范围、全覆盖，排查出疑似的入河排污口；二级排查以人工现场排查为主，通过组织相关技术人员对各疑似排污口进行统一排查，明确入河排污口信息；三级排查则是对隐蔽、疑难排污口进行重点调查，从而完善入河排污口信息。排污口调查作业流程包含全覆盖排查、人工排查、排查攻坚3 个方面。

1.2.1 全覆盖排查

基于航空摄影的技术手段，采用无人机与有人机作为飞行平台搭载高清数码相机和热红外成像仪，对所有调查范围进行数据采集，经数据处理后获取高分辨率正射影像和热红外影像，通过遥感解译对入河排污口进行全面监测，尽可能获取排污口最全面信息。

1.2.2 人工排查

对遥感解译得到的疑似排污口逐一进行现场核实，调查人员通过实地踏勘，详细记录排放口的排放方式（一般为间歇式或连续式），并采用RTK 动态测量技术定位排污口位置，获取经纬度信息和高程信息，拍摄排污口特写照片及周围环境照片，同时记录排污口附近及周边环境存在黑臭水体、油污、垃圾堆积或其他环境风险隐患，形成排污口信息表。

1.2.3 排查攻坚

对于排查人员难以抵达、排污口周围环境复杂的排污口区域，可通过组织各类技术设备进行排查攻坚，查漏补缺，如采用无人机、无人船等先进设备在现场进行排查等，进一步完善入河排污口名录信息。

1.3 排污口监测

对排污口排出水样进行水质监测是排污口监管的一个重要手段，但必须先根据采样情况决定采样方法，再对存在排水的排污口进行取样检测，然后再进一步查明排放水质等信息。排污口排出水样水质监测，原则上按照生态环境部办公厅下发的《长江入河和渤海地区入海排污口排查整治专项行动监测工作方案》（环办监测函[2019]687号）执行，监测指标包括pH、化学需氧量、氨氮、总氮、总磷5 类。

排污口水样采集时，应该根据排污口分布的实际情况采用适当的取水容器进行采样，并尽量取排污口直接排出的水样，而非其周围水体的水样。另外，需要保证充足的水样采集量，从而满足重复测定和质量控制的需要，避免因水样不足导致的重新采样。对于完成采样的水样应避光保存，并及时送至水质实验室进行水质化验，减少因环境因素导致的水质改变，从而影响对排污口的水质分析。

1.4 排污口溯源

根据排污口排查和监测情况，结合生态环境部办公厅下发的《长江、黄河和渤海入海（河）排污口排查整治分类规则（试行）》（环办监测函[2020]718 号）要求，初步将排污口分为工业排污口、农业农村排污口、城镇生活污水排污口、港口码头排污口、城镇雨洪排污口、沟渠、河港（涌）、排干、其他排污口等共7 大类15 小类。进一步结合排污口溯源，查明污水来源，明确排污口类型，确定责任主体。排污口溯源方式主要为人工排查溯源和技术溯源2 大类。

1.4.1 人工排查溯源

人工排查溯源主要采用实地目视排查的形式进行开展，通常会配合水质监测、烟雾试验、声音试验、染色试验等方式来判断管道间的连通性，从而找到污水源头。为了提高人工排查溯源的准确性，需要收集排污口相关的各类资料，如管道分布图、水系图等，明确排查的重点区域，确定排查路线和方法，提高工作效率。

1.4.2 技术溯源

对于人工排查溯源难以准确查明污染源头的排污口，则采用管道检测、无人机补充航测等先进技术方式开展溯源攻坚。管道检测通常以管网入河（湖）处或待排查管道附近的管道入口为出发点，按照先干管再支管的顺序，逐步向上游进行溯源追踪，但在管道检测过程中，需与人工排查溯源手段相结合。无人机补充航测则主要针对露天管道、沟、渠、河流、滩涂、湿地之间或其同排水源头、入河排污口之间的连通情况，通过采集无人机航拍影像数据，进行遥感影像解译，结合收集到的水系分布图等相关资料进行溯源判断，并提供连通部分的无人机影像数据，由外业工作人员进行现场排查确认。

1.5 排污口整治

根据以上的排污口排查、取样监测、排污口溯源等一系列处理，明确排污口整治的责任主体。按照“取缔一批、合并一批、规范一批”的原则，编制整治方案，明确整治目标、整治措施、责任单位和完成时限。

1.6 排污口电子信息“一张图”

通过对排污口资料信息加以整合，建立排污口资料名录，绘制排污口电子信息“一张图”。底图采用影像底图或地形渲染图的形式，以色彩均一、现势性强的高分辨率遥感影像或已有的地形数据为基础，并添加对应的排污口信息，进行排污口的专题信息展示。

2 示范应用

2.1 区域概况

本研究选取湖北省武汉市东西湖区作为典型示范区域，地处长江中游北岸（113°53'E～114°30'E，30°34'N～30°47'N），主要有汉江、汉北河、沦河、府河4 条河流，分别从南、西、北3 个方向环绕区境而过，东靠江岸区、江汉区和硚口区，西南与蔡甸区隔汉江相望，西北隔府河与黄陂区相邻。全区水域面积124.14 km²，其中河流面积32.05 km²，湖泊面积16.87 km²，坑塘水库面积75.22 km²。

2.2 排污口排查

本研究针对东西湖区特点进行航区划分，并制定数据采集方案，利用无人机航拍技术对区域排污口进行全覆盖全面排查。航拍数据以可见光影像为主，对其中部分重点水系岸线利用热红外影像叠加可见光影像进行综合分析排查。

水系流经城区岸线热红外飞行采用DJI M210搭载禅思XT2 热红外设备。采用热红外影像对较为隐蔽性或不具备典型特征的其他类型排污口进行补充筛查。热红外法对热源的感应能力十分敏感，因而能够准确探测出污染源并进行定位，从而解译出疑似排污口位置，如图2 所示。

图2 热红外影像排污口解译示意图

经现场核查发现通过影像解译容易将过水涵洞、取水口、排水管道、泵站等与排污口形状相似的地物误判为排污口。如图3、图4 所示，湖北省武汉市东西湖区走马岭街道走新路处一排污口，影像纹理判读为涵洞排污口，现场核实为非排污口，现场排查时发现，该处点位为桥下，无水排放，周边无排放口，周边为居民区。由于过水涵洞、取水口、排水管道、泵站等与排污口形状和纹理相似，容易误判。同时，有一部分排污口经现场核实发现已经整改则不算做排污口。经现场核查，本方法研究排污口识别方法准确性和可靠性较好，大部分识别的排污口的位置信息准确，排污口识别的正确率高达80%以上。

图3 误判排污口影像特征

图4 误判排污口现场照片

2.3 排污口监测

通过对需要监测和具备监测条件的排污口进行全面采样监测，做到“有水必测”。以湖北省武汉市东西湖区某食品厂的生产废水排污口为例加以说明。该食品厂有完善的污水处理设施，对生产废水排污口进行取样监测，该排污口的排水水质要求达到《污水综合排放标准》（GB 8978-1996）一级，但该标准中仅涉及本研究中pH、化学需氧量、氨氮、总氮、总磷这5 类的前3 种，即pH 为6～9，化学需氧量100，氨氮15。监测结果显示，pH 为7.37，化学需氧量42，氨氮8.5。通过分析发现，该排污口的水质监测结果均小于排放标准，符合排放要求，排污口可以正常排放。

2.4 排污口溯源

采用地理信息分析技术对排污口现场溯源调查范围加以确定，采用管道潜望镜、管道机器人、示踪剂等技术查清污水来源，实现“有口皆溯”。如图5 所示，以湖北省武汉市东西湖区某厂区雨水排污口为例加以说明。以该排污口处为溯源的起点（图5a），此处采用管道潜望镜对管道内部情况进行探测（图5b），追踪溯源。通过分析发现，该排污口的排水来源于其附近的某公司厂区内部的雨水篦子(图5c），故而该排污口类型为厂区雨水排污口，对应责任主体为该公司。

图5 排污口溯源示例

2.5 排污口整治

本研究根据湖北省武汉市东西湖区排污口排查、监测和溯源情况，结合湖北省生态环境厅办公室下发的《关于印发湖北省长江入河排污口整治参考要求、“一口一策”整治方案及台账模板的通知》（鄂环办〔2021〕91 号）要求，参照7大类15 小类排污口整治参考要求、“一口一策”整治方案模板和“一口一档”台账模板，编制“一口一策”整治方案和“一口一档”台账，具体包括排污口基本信息、水质监测数据、排污口溯源情况、整治目标及措施、整治佐证材料等内容，实现每个排污口均有详实的档案信息记录和对应的整治方案。

2.6 绘制排污口电子信息“一张图”

对排污口资料信息加以整合，建立排污口资料名录，现已完成排污口电子信息“一张图”绘制，湖北省武汉市东西湖区长江入河排污口情况如图6 所示。

图6 排污口电子信息“一张图”

结语

上述研究，充分发挥空天地人立体排查、高精尖科技溯源手段优势，准确无误查找处污染源头，为精准整治夯实基础，并制作了排污口电子信息“一张图”，全面整合区域内各类入河排污口信息，为建立责任明晰、设置合理、管理规范的排污口长效监督管理机制提供了技术支撑，为长江水生态环境质量持续改善夯实了基础。