海洋水質(zhì)監(jiān)測方法

及時獲得海洋區(qū)域水體的的實時.動態(tài),連續(xù)的水質(zhì)數(shù)據(jù).掌握水質(zhì)環(huán)境的變化規(guī)律是相當重要的.
對流域災害性污染事件和生態(tài)變化趨勢進行長期實時監(jiān)測、預警預報有多種方式和手段，生態(tài)浮標監(jiān)測系統(tǒng)被證明是有效可靠和經(jīng)濟可行的手段之一， Endeco/YSI公司的浮標系統(tǒng),美國和其它國家建立了數(shù)千個大小不同的監(jiān)測點，布放在近岸海域、湖泊、河流、水庫、沼澤長期監(jiān)測水文、水質(zhì)、生態(tài)參數(shù)的浮標已有1000多個，部分浮標的數(shù)據(jù)已直接上網(wǎng)公開向社會公眾發(fā)布，全球有30多個國家和地區(qū)使用Endeco/YSI公司生產(chǎn)的生態(tài)浮標.
各監(jiān)測點多數(shù)通過浮標系統(tǒng)來實施,簡介Endeco/YSI公司的浮標系統(tǒng)應用。
nDubai 灣
nRas Al Khawr 保護區(qū)
n67 種鳥類
n研究城市的排放物
n觀測藻華事件
n 在浮標平臺上增加了海水營養(yǎng)鹽監(jiān)測
n為在比利時Oostende港的貝類養(yǎng)殖場提供數(shù)據(jù)
nKarenia brevis bloom in Florida
浮標監(jiān)測系統(tǒng):
•使用YSI溫,鹽,深傳感器監(jiān)測溫躍層和密度躍層的變化
•跟蹤浮游生物和藍綠藻群落的垂直分布.
•使用濁度傳感器評價風暴潮的影響
•監(jiān)測溶解氧濃度和探測低溶解氧事件點
•產(chǎn)生廣泛的基線水質(zhì)記錄
2、設(shè)備選型及依據(jù)
浮標監(jiān)測系統(tǒng),分為浮體,供電系統(tǒng),數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),數(shù)據(jù)發(fā)送系統(tǒng).安全系統(tǒng).
YSI作為一個提供完整系統(tǒng)的廠商.有完整的系統(tǒng)集成能力.
美國Endeco/YSI公司是國際知名的數(shù)據(jù)浮標制造商，有超過35年的生態(tài)浮標生產(chǎn)經(jīng)驗。在美國有數(shù)千臺數(shù)字生態(tài)浮標投放在近岸海域、湖泊、河流、水庫、沼澤長期監(jiān)測水質(zhì)生態(tài)參數(shù).全球有30多個國家和地區(qū)使用Endeco/YSI公司生產(chǎn)的數(shù)字生態(tài)浮標。在亞洲的中國、日本、韓國、印尼、新加坡、馬來西亞、越南、臺灣等國家和地區(qū)廣泛使用Endeco/YSI公司的數(shù)字生態(tài)浮標監(jiān)測水質(zhì)生態(tài)狀況。
YSI公司1993年就取得了ISO9001質(zhì)量認證。1999年取得ISO14001環(huán)保認證。2000年12月美國聯(lián)邦政府授予YSI公司為NEAT（美國環(huán)保成就進程）計劃特許成員。其技術(shù)在國際上普遍被接受為行業(yè)標準。
浮標系統(tǒng)水上硬件的介紹
3、YSI生態(tài)浮標監(jiān)測系統(tǒng)的介紹
生態(tài)浮標投放自然海域的水體進行水質(zhì)生態(tài)參數(shù)監(jiān)測，它是完整的系統(tǒng)，應具有優(yōu)秀測量功能，無故障數(shù)據(jù)無線傳輸、完備自供電系統(tǒng)，這些部分應該能耐受嚴峻的海洋環(huán)境，實現(xiàn)運行周期長,維護量小，測量的參數(shù)符合要求：
◆選擇能夠進行長期,穩(wěn)定,可靠的水質(zhì)監(jiān)測參數(shù)(水溫/溶解氧/pH/氧化還原電位/電導/鹽度/濁度/葉綠素/藍綠藻/營養(yǎng)鹽等)、
◆同步測量氣象和水文參數(shù)（風速/風向/雨量/波浪/流態(tài)分布等）
◆優(yōu)異的數(shù)據(jù)存儲能力和可靠處理功能
◆集成器應該按照要求設(shè)定系統(tǒng)的監(jiān)測和控制功能
◆通訊器件的無故障的數(shù)據(jù)無線傳輸功能
◆軟件應實現(xiàn)異常狀況報警功能
◆ 可反復充電的優(yōu)量充電電池為浮標系統(tǒng)提供自供電功能,高效太陽能板
◆ 傳感器和系統(tǒng)的其它器件運行維護量少.
◆耐受海洋環(huán)境(強風,大浪,船舶沖撞,強烈陽光等)的卓越能力
4、海洋生態(tài)浮標系統(tǒng)的介紹
◆ 浮標體
浮標體是整個系統(tǒng)的平臺，所有儀器設(shè)備都負載其上,浮體應具保護功能，采用杜邦公司高分子材料,使用它做為浮體材料，極耐碰撞.
◆多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀
選用美國YSI公司YSI6600V2多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀，同時監(jiān)測溶解氧、葉綠素、濁度、pH、氧化還原電位、電導、鹽度、水溫，所有傳感器自動清潔，可存儲150,000測量數(shù)據(jù)，帶有電池倉,可提供自備電源，運行維護量很小，為海洋的長期水質(zhì)監(jiān)測特別設(shè)計。
◆數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)采用數(shù)據(jù)采集控制器，具有強的控制能力、有效的控制其附屬系統(tǒng),兼有廣泛的兼容性和擴展性，極低的故障率,適合野外環(huán)境的長期使用
EcoNet-Console – Monitoring and Sensing platform
◆ 太陽能供電系統(tǒng)
三塊高性能太陽能電池板，太陽板上涂覆塑料保護層，耐磨、耐刮、耐碰撞，并能抵受嚴峻的海洋腐蝕性環(huán)境，機械刮擦造成龜裂不影響太陽能板正常工作。海洋級水密太陽能電池接頭,連接高穩(wěn)定性蓄電池。
◆ 無線通訊系統(tǒng)
•采用Econet
•GSM/GPRS
•CDMA
◆ 雙錨定回收系統(tǒng)
主錨采用專利技術(shù)菱形錨，牢牢吸進海底底泥，具有很強的固著能力，付錨便于回收生態(tài)浮標。
◆ 警示燈標與雷達反射器
選用EMM Tidelands 警示燈和雷達反射器，避免過往船只碰撞。
下面分別介紹生態(tài)浮標各組成的詳細特性
5.浮體特性
◆ 采用杜邦的超強離子聚高分子材料制作浮體。
◆采用耐海洋腐蝕的不銹鋼支承架，安裝太陽能板、通訊天線、警示燈標、雷達反射器配件，以及浮標吊裝連接件、維護支撐件。
◆密封防水的控制室；內(nèi)有數(shù)據(jù)采集控制器、蓄電池系統(tǒng)和監(jiān)測溫度/濕度狀態(tài)傳感器，控置室的不銹鋼底部透過穩(wěn)定硾直接與水體充分接觸，用以調(diào)節(jié)密封室內(nèi)溫度水平，以防夏天因密封室內(nèi)高溫導致?lián)p壞儀器設(shè)備。避免冬天密封室內(nèi)過冷.
◆雙錨定回收系統(tǒng)，海洋浮標的專利產(chǎn)品，主錨牢固吸附在海底、河底、湖底的底泥，確保浮標不被強風、急流卷走，副錨作用是為浮標提供附加的拉著能力，確保方便回收浮標系統(tǒng)。
浮標體的優(yōu)點
采用杜邦公司高分子材料。組織細胞非常強韌和致密，具有◆ 浮體重量輕、浮力高；抗?jié)B水性強。
◆ 不會導致燃料及化學品滲透；不會產(chǎn)生火災,安全性能好。
◆顏料、紫外穩(wěn)定劑及抗氧化劑直接均勻地整合至高分子材料的骨架內(nèi)，非常耐用，不用上漆。
◆浮體成形后，經(jīng)過特殊表層高溫高壓加密，形成一層異常強硬的一體性外皮，具防撞自身保護性能，碰撞時不會損壞碰撞物，自身也不損壞，
◆優(yōu)越的性能
◆穩(wěn)定的聚合物
◆通體固體顏色浮標
◆能有效保護測量儀器；此層的抗腐蝕性很強，能抵抗海洋生物沾附。
◆極端耐用,可承受槍彈等破壞.
◆ 低維護量,長使用壽命代表在整個使用周期內(nèi)維護成本低廉。
◆高浮力/重量比：可在較小、較易攜帶的浮標上得到更大的載重量；易于存放及搬遷，置于甲板上亦非常安全。
◆耐受臺風、暴風雪等惡劣環(huán)境氣候能力極強。
6、多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀
YSI6600V2多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀詳見附錄1。
NPA營養(yǎng)鹽監(jiān)測儀器見附錄2。
7、數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)
數(shù)據(jù)采集控制器是生態(tài)浮標的大腦，控制能力和運行穩(wěn)定性是浮標系統(tǒng)的關(guān)鍵性能之一，采用數(shù)據(jù)采集控制器，
集成器的特點如下：
◆ 功能靈活，模塊化結(jié)構(gòu)，極強的兼容性和擴展性
◆ 數(shù)據(jù)采集控制功能標準化配置，數(shù)據(jù)采集、轉(zhuǎn)換模塊靈活、穩(wěn)定和可靠
◆ 可靠性高，故障率低
◆ 數(shù)據(jù)記錄、控制和傳輸能力強
◆ 使用快閃存儲器作內(nèi)存；斷電時數(shù)據(jù)不會丟失。
◆ 可編程掃描采樣速率.
◆ 使用蓄電池供電，系統(tǒng)工作不受斷電影響。耗電量極低，一個標準12V的蓄電池可以維持集成器近長達數(shù)月正常工作（視外圍設(shè)備及采樣頻率而 定）。
8、太陽能供電系統(tǒng)
裝配有三塊美國海洋級超強太陽能板，為抗擊陽光老化,涂覆塑料保護層，耐磨、耐刮、耐碰撞，能耐受嚴苛的海洋腐蝕性環(huán)境，即使機械刮擦造成龜裂也不影響太陽能板正常工作。備用蓄電系統(tǒng)為高性能蓄電池。太陽能板與蓄電池連接使用海洋要求的水密太陽能電池接頭。整套太陽能供電系統(tǒng)在連續(xù)近一月的天陰雨天仍能正常為系統(tǒng)工作供電。
9、無線通訊系統(tǒng)
采用數(shù)字調(diào)制解調(diào)器GSM和CDMA和GPRS。水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)實時無線傳輸.
YSI ECONET NODE
10、雙錨定回收系統(tǒng),裝有警示燈標和雷達反射器
雙錨系統(tǒng):主錨采用YSI/ENDECO專利菱形錨，緊錮牢吸海底底泥中，產(chǎn)生很強的固著能力，副錨的作用是為浮標提供額外的錨定固著力，強化浮標抵抗臺風、急流、巨浪的能力及方便回收浮標。
警示燈和雷達反射器是為通行船只提供指示，避免碰撞，選用EMM Tidelands 警示燈和雷達反射器，可編程設(shè)定燈光閃爍周期.參數(shù)符合海洋航管部門的要求。
附件1
儀器的選型及性能介紹
1、pH、溫度、電導率、溶解氧和濁度與葉綠素測量儀
1.1.設(shè)備選型及依據(jù)
五參數(shù)（pH、溫度、電導率、溶解氧和濁度）
采用美國YSI公司的6600V2型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀器,
·該儀器可以直接投放到海洋、河流、湖泊、
水庫，進行長期實時水質(zhì)測量。
·溶解氧測定采用快速脈沖方法，完全不受流速的影響，靜止狀態(tài)水中也可以準確測量。水體參數(shù)因攪拌而有明顯變化,由于快速脈沖方法不需攪拌器，真實測量水體的各項參數(shù).
·YSI 6600V2型是特為長期海洋水質(zhì)監(jiān)測而設(shè)計。傳感器前端配有自動清潔刷，使溶解氧、pH、ORP、濁度、葉綠素探頭能抵受長期沾污之影響，探頭保持長期穩(wěn)定。
YSI濁度
帶有自清潔刷,按照設(shè)定間隔清潔光學表面,獲得真實的水體濁度的讀數(shù),安裝于YSI的6系列儀器上.
葉綠素
采用美國YSI公司的6025型葉綠素探頭依據(jù)是：
6025型葉綠素探頭可直安裝在6600V2型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀器上使用.
葉綠素的傳統(tǒng)測試采提取分析方法，測試程序耗時，需要有經(jīng)驗的分析人員方能確保良好的數(shù)據(jù)及長期的一致性；且不能用于連續(xù)監(jiān)測。葉綠素的連續(xù)監(jiān)測通常用上現(xiàn)場熒光儀，可是現(xiàn)場熒光儀一般都體積較大且價錢昂貴。1999年，YSI公司使用其光纖技術(shù)，成功地把現(xiàn)場熒光儀縮小至一個探頭的大小，可直接安裝于YSI多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀，實現(xiàn)了輕便、操作簡單,經(jīng)濟的葉綠素監(jiān)測。
6025葉綠素傳感器是基于葉綠素的熒光特性，傳感器向水體照射一適當波長的光束（～470毫微米），葉綠素受激發(fā)后釋放出熒光（～670毫微米），并測量的釋放出的熒光強度。測試方法方便，不需要有經(jīng)驗的分析人員與實驗室設(shè)備。可用于葉綠素的連續(xù)監(jiān)測，觀察浮游生物生長趨勢。由于測量在水體中直接進行，不需象傳統(tǒng)的方法把細胞攪碎，故能真實反映細胞中葉綠素在現(xiàn)場條件中活性表現(xiàn)。
由于測試是基于現(xiàn)場結(jié)果，可獲取實時讀數(shù)，對于水體中出現(xiàn)的特殊狀況（如赤潮），可即時作出及時判斷和預報. BGA-PE藻紅蛋白傳感器
(藻紅蛋白)傳感器,基于藻紅蛋白的熒光特性.研發(fā)的新型光學傳感器.及時觀察海洋和近海的藍綠藻的變化趨勢.有效預測有害藻華的爆發(fā).
不需花長時間的計數(shù).相對于同類傳感器來比,濁度,葉綠素的對藍綠藻測量干擾降到一個合理的水平
1.2.產(chǎn)品認證
1993年YSI取得ISO9001質(zhì)量認證，在1999年取得ISO14000環(huán)保認證。2000年12月13日美國聯(lián)邦政府向YSI公司頒授NEAT（國家環(huán)保成就進程）計劃特許成員。全美只有200多家企業(yè)擁有此榮譽。
YSI多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀獲得美國ETV認證,該機型和傳感器在國際市場上被普遍接受為行業(yè)標準外，其中6820/6920型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀于1998年通過國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局的技術(shù)鑒定，并獲頒發(fā)的“中華人民共和國計量器具形式批準證書”，證書編號為：98-C211。（注意：6600型與6820/6920型為同一系列產(chǎn)品； YSI 6600V2型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀測量方法符合以下國家或國際標準：
·水溫： 熱敏電阻法
·溶解氧：GB11913-89（電化學探頭法）
·酸堿度：GB6920-86（玻璃電極法）
·電導率：GB6908-86（電計法）
·濁度： ISO7027（90度散射法）
·葉綠素（In Vivo［體內(nèi)―在浮游生物/藻類體內(nèi)］熒光法）
·藍綠藻BG-PE(熒光法)
1.3.儀器技術(shù)性能
（1）數(shù)據(jù)存儲
YSI 6600V2儀器自身的記錄存儲器為快閃存儲器，能恒久存貯，直至人為地刪除，不會因斷電而丟失。可存儲高達15萬個讀數(shù)。
（2）儀器接口
儀器具有RS-232和SDI-12接口。YSI 6600V2與數(shù)據(jù)采集平臺的連接以SDI-12為佳. 。SDI-12接口在歐州和美州已開始成為在線監(jiān)測儀器和傳感器的接口標準。SDI-12和RS-232相比,SDI-12可以作單線多點連接，連接距離可超過100米。另外，SDI-12除可以作數(shù)據(jù)傳輸，也可同時向儀器供電。
（3）電源供應
透過SDI-12連接，數(shù)據(jù)采集器可向YSI6600V2直接供電。YSI 6600V2帶有電池室，一套堿性電池可提供75~90天的操作（15分鐘采樣率，25°C工作溫度），可確保在整個監(jiān)測系統(tǒng)完全斷電的情況下不會丟失任何數(shù)據(jù)，提供數(shù)據(jù)測量的有效保障。
（4）采樣間隔
YSI 6600V2的測量頻次（間隔）可以設(shè)定根據(jù)需要設(shè)定.將采樣間隔設(shè)定為每15分何30分鐘分別采用以下測量方法：

YSI傳感器介紹:
·溫度：熱敏電阻法。熱敏電阻的外套筒采用鈦金屬，具有導熱快和耐腐蝕的特點。
溫度/電導傳感器 電導率：四電極流通式電導測量管法,20年來一直使用，尤其適合在野外使用，具有沾污小、維護少的特點。
·氧化還原電位（ORP）：鉑電極法，與pH電極結(jié)合為單一探頭，
·
共用參比電極。 PH/ORP探頭PH/ORP傳感器
·溶解氧：快速脈沖-極譜法。不需攪拌，耐沾污，維護周期長，自動溫度、鹽度補償。
溶解氧傳感器
·濁度：90度散射法。符合ISO7027標準。帶有機械清潔刷，根據(jù)用戶采樣時間和環(huán)境條件設(shè)定自動清除光學傳感器轉(zhuǎn)刷的參數(shù)表面的污物，保證讀數(shù)的準確性。獲得高精度的數(shù)據(jù)，優(yōu)化的傳感器光學設(shè)計,可將環(huán)境對測量的干擾明顯降低。
●濁度探頭
·葉綠素：In Vivo（體內(nèi)：在浮游生物/藻類體內(nèi)）熒光法，測量在水體中直接進行，不需把細胞攪破和復雜的萃取.。

葉綠素傳感器
·藍綠藻. 熒光法.快速,及時地反映水體的藍綠藻的數(shù)量變化趨勢.不需帶回實驗室進行計數(shù).
BGA-PE
（5）技術(shù)規(guī)格
·酸堿度
測量范圍0至14 pH
準確度±0.2 pH
分辨率0.01 pH
溫度補償功能自動
清洗裝置自動機械清潔刷

·溫度
測量范圍-5至+50°C
準確度±0.15°C
分辨率0.01°C
清洗裝置長期穩(wěn)定，不需經(jīng)常清洗
·電導率
測量范圍0至100mS/cm（自動量程選擇）
準確度讀數(shù)之±0.5%+1μS/cm
分辨率0.001mS/cm-0.1mS/cm（視量程而定）
清洗裝置長期穩(wěn)定，不需經(jīng)常清洗
·溶解氧
測量范圍0至50mg/L，0-500%空氣飽和度
準確度0至20mg/L：±2%或0.2mg/L，以大者為準
20至50mg/L：±6%
0至200%：±2%，或2%空氣飽和度，大者為準
200至500%：±6%空氣飽和度
分辨率0.01mg/L，0.1%空氣飽和度
溫度補償功能自動
鹽度補償功能自動
清洗裝置自動機械清潔刷
·濁度
測量范圍0至1000 NTU，
準確度讀數(shù)之±2%或0.3NTU以較大者為準，在低濁度（40NTU以下）測試時的精度要比高濁度時為高
分辨率0.1 NTU
清洗裝置自動機械清潔刷
·葉綠素
測量范圍0至400μg/L葉綠素，或0至100% 熒光度
準確度±5%（熒光度）
分辨率0.1 μg/L葉綠素，或0.1% 熒光度
清洗裝置自動機械清潔刷
·藍綠藻
測量范圍: 0-200,000細胞/毫升
檢出限:400細胞/毫升
清洗裝置 自動清潔刷