用AV和EXO多參數(shù)水質(zhì)儀測(cè)繪石油泄漏

布雷頓角位于馬薩諸塞州西南海岸的芒特霍普灣，與福爾里弗及其90,000名居民隔河相望。這里以前是新英格蘭最大的燃煤發(fā)電廠所在地。運(yùn)營(yíng)50多年后，這座發(fā)電廠退役并停用了兩年，直到2019年被拆除。從那時(shí)起，它一直用作廢金屬作業(yè)的深水港。

2021年5月，一艘前來(lái)裝卸廢金屬的大型船舶將燃油泄漏到海灣。最初，為了控制泄漏，安裝了圍油欄，但后來(lái)拆除了圍油欄，并決定采取措施將燃油驅(qū)散到海灣的其余區(qū)域。一艘小船在其周圍開著，幫助驅(qū)散燃油。

我們的系統(tǒng)與服務(wù)產(chǎn)品經(jīng)理Tom Goucher和我們的航行器專家Shawn Sneddon在位于福爾里弗的賽萊默辦公室工作。他們決定把YSI水上航行器的最新成員rQPOD帶到海灣進(jìn)行調(diào)查，看是否能檢測(cè)到燃油泄漏。部署的rQPOD配備了EXO2s多參數(shù)水質(zhì)儀和EXO手持式顯示器，帶有以下傳感器：

電導(dǎo)率/溫度

總藻PE（葉綠素和藻紅蛋白）

fDOM（熒光溶解有機(jī)物）

pH和ORP

他們?cè)噲D回答這樣一個(gè)問題：fDOM傳感器能否能檢測(cè)到燃油泄漏？
但首先，我們應(yīng)回答為什么rQPOD是執(zhí)行這項(xiàng)工作的最佳工具？

YSI的航行器專家 Shawn Sneddon正在為rQPOD制定任務(wù)計(jì)劃。

為什么選擇rQPOD？

rQPOD是一款模塊化的水面航行器系統(tǒng)，輕巧、便攜、易于使用，并可以自主或遠(yuǎn)程操作。它允許用戶在幾分鐘內(nèi)收集大的空間區(qū)域的數(shù)據(jù)，其較小尺寸，允許其輕松訪問其他無(wú)法進(jìn)入的區(qū)域。它具有實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)可視化選項(xiàng)，使用戶能夠在現(xiàn)場(chǎng)更改任務(wù)并做出決策。

Shawn為航行器設(shè)定了自主運(yùn)行任務(wù)的程序，并將其設(shè)置成每隔一秒采集一次樣本。自主任務(wù)允許rQPOD以精確的間隔直線運(yùn)行。這項(xiàng)任務(wù)的間距設(shè)定為25米，但對(duì)于使用側(cè)掃聲納或進(jìn)行水深測(cè)量的任何應(yīng)用，間距應(yīng)收緊到10米。在穿越海灣的自主任務(wù)之后，Shawn通過遠(yuǎn)程手動(dòng)操作rQPOD穿越海灣附近的淺水河口。

收集的數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)查看或者在調(diào)查完成后下載。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)有助于在調(diào)查過程中識(shí)別感興趣的區(qū)域或熱點(diǎn)，然后您可以重新按排航行器任務(wù)，使其返回該位置更詳細(xì)查看它。憑借實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，您能夠立即看到正在發(fā)生的事情，并在有任何問題時(shí)立即做出決定。

為什么選擇fDOM傳感器？

地球上的大部分碳以溶解有機(jī)碳（DOC）的形式大量?jī)?chǔ)存在海洋中，其中大部分是已儲(chǔ)存億萬(wàn)年的惰性DOC。然而，河流不斷地向沿海水域輸送碳。這是碳通量的一個(gè)重要來(lái)源，包括我們所說的cDOM（有色溶解有機(jī)物）。有一部分cDOM具有熒光特性，稱為fDOM（熒光溶解有機(jī)物）。

因此，根據(jù)所處的環(huán)境，20-70% DOC可能是fDOM。這就提出了一個(gè)問題：在我們幾乎沒有能力實(shí)時(shí)檢測(cè)的某些環(huán)境中，能否使用fDOM作為溶解有機(jī)碳的替代測(cè)量方法？南卡羅萊納大學(xué)海洋科學(xué)項(xiàng)目的一個(gè)小組進(jìn)行了一項(xiàng)研究，以評(píng)估EXO的原位fDOM測(cè)量作為DOC測(cè)量的可靠和穩(wěn)健替代方法的有效性。

fDOM傳感器是眾多可以測(cè)量激發(fā)和發(fā)射光譜的熒光的技術(shù)之一。熒光包括激發(fā)波長(zhǎng)，對(duì)于EXO傳感器，波長(zhǎng)為365納米，但發(fā)射波長(zhǎng)為480納米。因此，這種光譜可展示的是，這些不同的峰代表在光譜上發(fā)熒光的不同類型物質(zhì)。

峰A和峰C代表腐殖酸和富里酸的陸地來(lái)源。峰C通常包含高度著色的腐殖質(zhì)，通常是與fDOM傳感器關(guān)系最密切的部分（見下圖中的白星）。我們知道原油的熒光范圍也大致相同（見下圖中的紅星），這是我們假設(shè)的基礎(chǔ)，即如果您處在環(huán)境中沒有很多其他溶解有機(jī)物，fDOM傳感器可能是原油的很好的替代測(cè)量。

發(fā)射和激發(fā)光譜

fDOM傳感器是否檢測(cè)到泄露？

當(dāng)你看布雷頓角的這個(gè)例子，情況似乎確實(shí)如此。您可以清楚地看到，在泄漏附近區(qū)域的fDOM升高，但需要指出的是，您在河口也看到大量fDOM。如果您處在已經(jīng)有大量fDOM的環(huán)境中，這種方法可能不起作用。但是，如果您在不會(huì)看到很多fDOM的沿?；蚝Ｑ蟓h(huán)境中，這可能是一個(gè)尋找石油泄漏的有用工具。即使對(duì)于這種應(yīng)用之外，fDOM傳感器也是觀察DOC整體情況的優(yōu)秀工具。

海灣和河口（左圖）和僅海灣（右圖）的fDOM測(cè)繪圖。

我們了解到，在這種應(yīng)用中，fDOM傳感器肯定可以檢測(cè)原油，但無(wú)法區(qū)分原油和水中真正的fDOM物質(zhì)。因此，這是一種有效的大范圍測(cè)量工具，特別是與這些航行器結(jié)合使用時(shí)。但是，我們會(huì)建議也可以使用隨機(jī)采集的樣本或另一個(gè)傳感器對(duì)其進(jìn)行“真值"測(cè)試。