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用AV和EXO多參數水質儀測繪石油泄漏
用AV和EXO多參數水質儀測繪石油泄漏
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電廠所在地。運營50多年后，這座發電廠退役并停用了兩年，直到2019年被拆除。從那時起，它一直用作廢金屬作業的深水港。
2021年5月，一艘前來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，但后來拆除了圍油欄，并決定采取措施將燃油驅散到海灣的其余區域。一艘小船在其周圍開著，幫助驅散燃油。
我們的系統與服務產品經理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帶到海灣進行調查，看是否能檢測到燃油泄漏。部署的rQPOD配備了EXO2s多參數水質儀和EXO手持式顯示器，帶有以下傳感器：
電導率/溫度
總藻PE（葉綠素和藻紅蛋白）
fDOM（熒光溶解有機物）
pH和ORP
他們試圖回答這樣一個問題：fDOM傳感器能否能檢測到燃油泄漏？
但首先，我們應回答為什么rQPOD是執行這項工作的最佳工具？
YSI的航行器專家 Shawn Sneddon正在為rQPOD制定任務計劃。
為什么選擇rQPOD？
rQPOD是一款模塊化的水面航行器系統，輕巧、便攜、易于使用，并可以自主或遠程操作。它允許用戶在幾分鐘內收集大的空間區域的數據，其較小尺寸，允許其輕松訪問其他無法進入的區域。它具有實時數據可視化選項，使用戶能夠在現場更改任務并做出決策。
Shawn為航行器設定了自主運行任務的程序，并將其設置成每隔一秒采集一次樣本。自主任務允許rQPOD以精確的間隔直線運行。這項任務的間距設定為25米，但對于使用側掃聲納或進行水深測量的任何應用，間距應收緊到10米。在穿越海灣的自主任務之后，Shawn通過遠程手動操作rQPOD穿越海灣附近的淺水河口。
收集的數據可以實時查看或者在調查完成后下載。實時數據有助于在調查過程中識別感興趣的區域或熱點，然后您可以重新按排航行器任務，使其返回該位置更詳細查看它。憑借實時數據，您能夠立即看到正在發生的事情，并在有任何問題時立即做出決定。
為什么選擇fDOM傳感器？
地球上的大部分碳以溶解有機碳（DOC）的形式大量儲存在海洋中，其中大部分是已儲存億萬年的惰性DOC。然而，河流不斷地向沿海水域輸送碳。這是碳通量的一個重要來源，包括我們所說的cDOM（有色溶解有機物）。有一部分cDOM具有熒光特性，稱為fDOM（熒光溶解有機物）。
因此，根據所處的環境，20-70% DOC可能是fDOM。這就提出了一個問題：在我們幾乎沒有能力實時檢測的某些環境中，能否使用fDOM作為溶解有機碳的替代測量方法？南卡羅萊納大學海洋科學項目的一個小組進行了一項研究，以評估EXO的原位fDOM測量作為DOC測量的可靠和穩健替代方法的有效性。
fDOM傳感器是眾多可以測量激發和發射光譜的熒光的技術之一。熒光包括激發波長，對于EXO傳感器，波長為365納米，但發射波長為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熒光的不同類型物質。
峰A和峰C代表腐殖酸和富里酸的陸地來源。峰C通常包含高度著色的腐殖質，通常是與fDOM傳感器關系最密切的部分（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），這是我們假設的基礎，即如果您處在環境中沒有很多其他溶解有機物，fDOM傳感器可能是原油的很好的替代測量。
發射和激發光譜
fDOM傳感器是否檢測到泄露？
當你看布雷頓角的這個例子，情況似乎確實如此。您可以清楚地看到，在泄漏附近區域的fDOM升高，但需要指出的是，您在河口也看到大量fDOM。如果您處在已經有大量fDOM的環境中，這種方法可能不起作用。但是，如果您在不會看到很多fDOM的沿海或海洋環境中，這可能是一個尋找石油泄漏的有用工具。即使對于這種應用之外，fDOM傳感器也是觀察DOC整體情況的優秀工具。
海灣和河口（左圖）和僅海灣（右圖）的fDOM測繪圖。
我們了解到，在這種應用中，fDOM傳感器肯定可以檢測原油，但無法區分原油和水中真正的fDOM物質。因此，這是一種有效的大范圍測量工具，特別是與這些航行器結合使用時。但是，我們會建議也可以使用隨機采集的樣本或另一個傳感器對其進行“真值"測試。