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用AV和EXO多参数水质仪测绘石油泄漏

发布日期: 2023-05-10
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布雷顿角位于马萨诸塞州西南海岸的芒特霍普湾,与福尔里弗及其90,000名居民隔河相望。这里以前是新英格兰的燃煤发电厂所在地。运营50多年后,这座发电厂退役并停用了两年,直到2019年被拆除。从那时起,它一直用作废金属作业的深水港。


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布雷顿角发电厂(上图)。图片由Commercial Development Company提供。废金属作业的深水港(下图)。

 

2021年5月,一艘前来装卸废金属的大型船舶将燃油泄漏到海湾。初,为了控制泄漏,安装了围油栏,但后来拆除了围油栏,并决定采取措施将燃油驱散到海湾的其余区域。一艘小船在其周围开着,帮助驱散燃油。

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海湾石油泄漏

 

我们的系统与服务产品经理Tom Goucher和我们的航行器Shawn Sneddon在位于福尔里弗的赛莱默办公室工作。他们决定把YSI水上航行器的成员rQPOD带到海湾进行调查,看是否能检测到燃油泄漏。部署的rQPOD配备了EXO2s多参数水质仪和EXO手持式显示器,带有以下传感器:

  • 电导率/温度

  • 总藻PE(叶绿素和藻红蛋白)

  • fDOM(荧光溶解有机物)

  • pH和ORP

 

他们试图回答这样一个问题:fDOM传感器能否能检测到燃油泄漏?

但首先,我们应回答为什么rQPOD是执行这项工作的工具?

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YSI的航行器 Shawn Sneddon正在为rQPOD制定任务计划。

 

rQPOD是一款模块化的水面航行器系统,轻巧、便携、易于使用,并可以自主或远程操作。它允许用户在几分钟内收集大的空间区域的数据,其较小尺寸,允许其轻松访问其他无法进入的区域。它具有实时数据可视化选项,使用户能够在现场更改任务并做出决策。

Shawn为航行器设定了自主运行任务的程序,并将其设置成每隔一秒采集一次样本。自主任务允许rQPOD以的间隔直线运行。这项任务的间距设定为25米,但对于使用侧扫声纳或进行水深测量的任何应用,间距应收紧到10米。在穿越海湾的自主任务之后,Shawn通过远程手动操作rQPOD穿越海湾附近的浅水河口。

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海湾(左图)和河口(右图)的航行器路径。

 

收集的数据可以实时查看或者在调查完成后下载。实时数据有助于在调查过程中识别感兴趣的区域或热点,然后您可以重新按排航行器任务,使其返回该位置更详细查看它。凭借实时数据,您能够立即看到正在发生的事情,并在有任何问题时立即做出决定。

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来自海湾和河口拼接数据显示蓝绿藻 PE、温度 C和fDOM。

 

 

地球上的大部分碳以溶解有机碳(DOC)的形式储存在海洋中,其中大部分是已储存亿万年的惰性DOC。然而,河流不断地向沿海水域输送碳。这是碳通量的一个重要来源,包括我们所说的cDOM(有色溶解有机物)。有一部分cDOM具有荧光特性,称为fDOM(荧光溶解有机物)。

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因此,根据所处的环境,20-70% DOC可能是fDOM。这就提出了一个问题:在我们几乎没有能力实时检测的某些环境中,能否使用fDOM作为溶解有机碳的替代测量方法?南卡罗莱纳大学海洋科学项目的一个小组进行了一项研究,以评估EXO的原位fDOM测量作为DOC测量的可靠和稳健替代方法的有效性。

fDOM传感器是众多可以测量激发和发射光谱的荧光的技术之一。荧光包括激发波长,对于EXO传感器,波长为365纳米,但发射波长为480纳米。因此,这种光谱可展示的是,这些不同的峰代表在光谱上发荧光的不同类型物质。

峰A和峰C代表腐殖酸和富里酸的陆地来源。峰C通常包含高度着色的腐殖质,通常是与fDOM传感器关系密切的部分(见下图中的白星)。我们知道原油的荧光范围也大致相同(见下图中的红星),这是我们假设的基础,即如果您处在环境中没有很多其他溶解有机物,fDOM传感器可能是原油的很好的替代测量。

 

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发射和激发光谱

 

 

当你看布雷顿角的这个例子,情况似乎确实如此。您可以清楚地看到,在泄漏附近区域的fDOM升高,但需要指出的是,您在河口也看到fDOM。如果您处在已经有fDOM的环境中,这种方法可能不起作用。但是,如果您在不会看到很多fDOM的沿海或海洋环境中,这可能是一个寻找石油泄漏的有用工具。即使对于这种应用之外,fDOM传感器也是观察DOC整体情况的工具。

 

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海湾和河口(左图)和仅海湾(右图)的fDOM测绘图。

 

 

我们了解到,在这种应用中,fDOM传感器肯定可以检测原油,但无法区分原油和水中真正的fDOM物质。因此,这是一种有效的大范围测量工具,特别是与这些航行器结合使用时。但是,我们会建议也可以使用随机采集的样本或另一个传感器对其进行“真值”测试。

 

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