海洋水質監測方法

及時獲得海洋區域水體的的實時.動態,連續的水質數據.掌握水質環境的變化規律是相當重要的.
對流域災害性污染事件和生態變化趨勢進行長期實時監測、預警預報有多種方式和手段，生態浮標監測系統被證明是有效可靠和經濟可行的手段之一， Endeco/YSI公司的浮標系統,美國和其它國家建立了數千個大小不同的監測點，布放在近岸海域、湖泊、河流、水庫、沼澤長期監測水文、水質、生態參數的浮標已有1000多個，部分浮標的數據已直接上網公開向社會公眾發布，全球有30多個國家和地區使用Endeco/YSI公司生產的生態浮標.
各監測點多數通過浮標系統來實施,簡介Endeco/YSI公司的浮標系統應用。
nDubai 灣
nRas Al Khawr 保護區
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鹽監測
n為在比利時Oostende港的貝類養殖場提供數據
nKarenia brevis bloom in Florida
浮標監測系統:
•使用YSI溫,鹽,深傳感器監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
•監測溶解氧濃度和探測低溶解氧事件點
•產生廣泛的基線水質記錄
2、設備選型及依據
浮標監測系統,分為浮體,供電系統,數據采集系統,數據發送系統.安全系統.
YSI作為一個提供完整系統的廠商.有完整的系統集成能力.
美國Endeco/YSI公司是國際知名的數據浮標制造商，有超過35年的生態浮標生產經驗。在美國有數千臺數字生態浮標投放在近岸海域、湖泊、河流、水庫、沼澤長期監測水質生態參數.全球有30多個國家和地區使用Endeco/YSI公司生產的數字生態浮標。在亞洲的中國、日本、韓國、印尼、新加坡、馬來西亞、越南、臺灣等國家和地區廣泛使用Endeco/YSI公司的數字生態浮標監測水質生態狀況。
YSI公司1993年就取得了ISO9001質量認證。1999年取得ISO14001環保認證。2000年12月美國聯邦政府授予YSI公司為NEAT（美國環保成就進程）計劃特許成員。其技術在國際上普遍被接受為行業標準。
浮標系統水上硬件的介紹
3、YSI生態浮標監測系統的介紹
生態浮標投放自然海域的水體進行水質生態參數監測，它是完整的系統，應具有優秀測量功能，無故障數據無線傳輸、完備自供電系統，這些部分應該能耐受嚴峻的海洋環境，實現運行周期長,維護量小，測量的參數符合要求：
◆選擇能夠進行長期,穩定,可靠的水質監測參數(水溫/溶解氧/pH/氧化還原電位/電導/鹽度/濁度/葉綠素/藍綠藻/營養鹽等)、
◆同步測量氣象和水文參數（風速/風向/雨量/波浪/流態分布等）
◆優異的數據存儲能力和可靠處理功能
◆集成器應該按照要求設定系統的監測和控制功能
◆通訊器件的無故障的數據無線傳輸功能
◆軟件應實現異常狀況報警功能
◆ 可反復充電的優量充電電池為浮標系統提供自供電功能,高效太陽能板
◆ 傳感器和系統的其它器件運行維護量少.
◆耐受海洋環境(強風,大浪,船舶沖撞,強烈陽光等)的卓越能力
4、海洋生態浮標系統的介紹
◆ 浮標體
浮標體是整個系統的平臺，所有儀器設備都負載其上,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.
◆多參數水質監測儀
選用美國YSI公司YSI6600V2多參數水質監測儀，同時監測溶解氧、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測量數據，帶有電池倉,可提供自備電源，運行維護量很小，為海洋的長期水質監測特別設計。
◆數據采集控制系統采用數據采集控制器，具有強的控制能力、有效的控制其附屬系統,兼有廣泛的兼容性和擴展性，極低的故障率,適合野外環境的長期使用
EcoNet-Console – Monitoring and Sensing platform
◆ 太陽能供電系統
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,連接高穩定性蓄電池。
◆ 無線通訊系統
•采用Econet
•GSM/GPRS
•CDMA
◆ 雙錨定回收系統
主錨采用專利技術菱形錨，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；內有數據采集控制器、蓄電池系統和監測溫度/濕度狀態傳感器，控置室的不銹鋼底部透過穩定硾直接與水體充分接觸，用以調節密封室內溫度水平，以防夏天因密封室內高溫導致損壞儀器設備。避免冬天密封室內過冷.
◆雙錨定回收系統，海洋浮標的專利產品，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。
浮標體的優點
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；抗滲水性強。
◆ 不會導致燃料及化學品滲透；不會產生火災,安全性能好。
◆顏料、紫外穩定劑及抗氧化劑直接均勻地整合至高分子材料的骨架內，非常耐用，不用上漆。
◆浮體成形后，經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，
◆優越的性能
◆穩定的聚合物
◆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、暴風雪等惡劣環境氣候能力極強。
6、多參數水質監測儀
YSI6600V2多參數水質監測儀詳見附錄1。
NPA營養鹽監測儀器見附錄2。
7、數據采集控制系統
數據采集控制器是生態浮標的大腦，控制能力和運行穩定性是浮標系統的關鍵性能之一，采用數據采集控制器，
集成器的特點如下：
◆ 功能靈活，模塊化結構，極強的兼容性和擴展性
◆ 數據采集控制功能標準化配置，數據采集、轉換模塊靈活、穩定和可靠
◆ 可靠性高，故障率低
◆ 數據記錄、控制和傳輸能力強
◆ 使用快閃存儲器作內存；斷電時數據不會丟失。
◆ 可編程掃描采樣速率.
◆ 使用蓄電池供電，系統工作不受斷電影響。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月正常工作（視外圍設備及采樣頻率而 定）。
8、太陽能供電系統
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在連續近一月的天陰雨天仍能正常為系統工作供電。
9、無線通訊系統
采用數字調制解調器GSM和CDMA和GPRS。水質監測數據實時無線傳輸.
YSI ECONET NODE
10、雙錨定回收系統,裝有警示燈標和雷達反射器
雙錨系統:主錨采用YSI/ENDECO專利菱形錨，緊錮牢吸海底底泥中，產生很強的固著能力，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，可編程設定燈光閃爍周期.參數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.設備選型及依據
五參數（pH、溫度、電導率、溶解氧和濁度）
采用美國YSI公司的6600V2型多參數水質監測儀器,
·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，靜止狀態水中也可以準確測量。水體參數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.
·YSI 6600V2型是特為長期海洋水質監測而設計。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，探頭保持長期穩定。
YSI濁度
帶有自清潔刷,按照設定間隔清潔光學表面,獲得真實的水體濁度的讀數,安裝于YSI的6系列儀器上.
葉綠素
采用美國YSI公司的6025型葉綠素探頭依據是：
6025型葉綠素探頭可直安裝在6600V2型多參數水質監測儀器上使用.
葉綠素的傳統測試采提取分析方法，測試程序耗時，需要有經驗的分析人員方能確保良好的數據及長期的一致性；且不能用于連續監測。葉綠素的連續監測通常用上現場熒光儀，可是現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，成功地把現場熒光儀縮小至一個探頭的大小，可直接安裝于YSI多參數水質監測儀，實現了輕便、操作簡單,經濟的葉綠素監測。
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，不需要有經驗的分析人員與實驗室設備?？捎糜谌~綠素的連續監測，觀察浮游生物生長趨勢。由于測量在水體中直接進行，不需象傳統的方法把細胞攪碎，故能真實反映細胞中葉綠素在現場條件中活性表現。
由于測試是基于現場結果，可獲取實時讀數，對于水體中出現的特殊狀況（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.
不需花長時間的計數.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.產品認證
1993年YSI取得ISO9001質量認證，在1999年取得ISO14000環保認證。2000年12月13日美國聯邦政府向YSI公司頒授NEAT（國家環保成就進程）計劃特許成員。全美只有200多家企業擁有此榮譽。
YSI多參數水質監測儀獲得美國ETV認證,該機型和傳感器在國際市場上被普遍接受為行業標準外，其中6820/6920型多參數水質監測儀于1998年通過國家質量技術監督局的技術鑒定，并獲頒發的“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型為同一系列產品； YSI 6600V2型多參數水質監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―在浮游生物/藻類體內］熒光法）
·藍綠藻BG-PE(熒光法)
1.3.儀器技術性能
（1）數據存儲
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?？纱鎯Ω哌_15萬個讀數。
（2）儀器接口
儀器具有RS-232和SDI-12接口。YSI 6600V2與數據采集平臺的連接以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除可以作數據傳輸，也可同時向儀器供電。
（3）電源供應
透過SDI-12連接，數據采集器可向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），可確保在整個監測系統完全斷電的情況下不會丟失任何數據，提供數據測量的有效保障。
（4）采樣間隔
YSI 6600V2的測量頻次（間隔）可以設定根據需要設定.將采樣間隔設定為每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，根據用戶采樣時間和環境條件設定自動清除光學傳感器轉刷的參數表面的污物，保證讀數的準確性。獲得高精度的數據，優化的傳感器光學設計,可將環境對測量的干擾明顯降低。
●濁度探頭
·葉綠素：In Vivo（體內：在浮游生物/藻類體內）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量變化趨勢.不需帶回實驗室進行計數.
BGA-PE
（5）技術規格
·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
清洗裝置長期穩定，不需經常清洗
·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）
清洗裝置長期穩定，不需經常清洗
·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