1、中国水产 2008 年第 4 期 57实习编辑 陶世雨技术推广水质自动在线的连续监测在河流、 湖泊和水库等水域应用较多， 仪器较成熟， 效果也较好。 但在近岸海域， 由于在线监测受环境的影响极大， 所以对浮标和各个参数的传感器要求很高。 目前， 对温度、 盐度等少数参数在短时间内的连续测定已有报道， 但长时间、 多参数和在近岸海域的任意站位连续监测则效果较差。 受资金、 技术以及自然条件因素的制约， 我国在采用近岸海域水质连续自动监测浮标进行海水水质的连续、 实时监测和灾害性事件的预警预报研究方面起步相对较晚。 目前， 厦门湾是唯一的、 多年的海洋水质连续在线自动监测浮标应用最为成功的例子，
2、厦门市海洋与渔业环境监测站从 2004 年起便在全海湾陆续投放了 5 台海洋水质连续在线自动监测浮标， 至今已取得了一些仪器使用的经验。 厦门海域水质在线自动监测浮标可连续获取监测站位的多参数水质数据， 应用无线网络通信、 WEBGIS 、 海流数值模拟等多学科知识与高新技术构建软件支撑体系， 能够最大蔡励勋 厦门市水产研究所 / 厦门市海洋与渔业环境监测站 361000限度地发挥所获得的宝贵数据资源的潜在作用， 通过自动化、 数字化、 网络化、 可视化、 智能化的系统功能， 为厦门市海洋与渔业环境监测、 生态环境保护、 海洋资源科学开发与利用、 赤潮预报预警等提供辅助决策支持。一、 水质在线
3、自动监测系统的组成、 主要特点和技术关键海洋水质连续自动在线监测系统是一个以在线海水水质分析仪器为核心， 运用自动控制技术、 计算机技术、 无线传输技术以及相关的专业分析软件所组成的监测体系， 该系统具有投资经济、 功能强大、 数据量大、 响应及时、 公正客观、 稳定可靠、 操作简单、 维护量小等特点， 其每一个浮标主要由仪器设备载体、 能量供应系统、 海水水质分析仪器、 数据采集与传输系统、 岸站监控中心、 安全防护系统、 固定锚链系统等六大部分组成。1. 仪器设备载体 用来承载整个系统所有的仪器设刘学迅投饵方式， 将冰鲜糠虾和豆粕用机器打成细颗粒状浆体，一起全池泼洒。3. 水质管理 池塘进
4、水后， 每亩施用 20kg 30kg 发酵好的鸡粪或尿素 1kg 、 磷酸二铵 0.3kg 进行肥水。 水肥瘦的标准掌握在水的透明度为 30cm 。 随着投饵量增加， 池水会越来越肥， 如果水的透明度低于 30cm, 应该加水或者换水， 并且适当控制投饵量 ； 如果水的透明度大于30cm ， 就要补施肥料肥水。 水质管理总的原则就是要保持池水肥、 活、 嫩、 爽， 换、 排水要灵活掌握。4. 病害防治 每月向池中泼洒一次二溴海因， 浓度为 0.1ppm ， 高温季节每 20 天泼洒一次。( 上接第 53 页 ) 牙鲆鱼种投放 3 天后开始投饵， 饵料为冰鲜杂鱼。 投饵量前期为鱼体重的 3% 5
5、% ， 中后期为4% 7% 。 日投饵 2 次， 上午 6 时一次， 下午 5 时一次。 第一次的投饵量为全天的 45% ， 第二次的投饵量为全天的55% 。 投饵量的确定原则是根据鱼的摄食情况和天气情况来灵活掌握， 投饵后 2 小时 3 小时要检查有无剩饵， 以此来确定下一次的投饵量。 投饵的地点在环沟处， 并逐渐把牙鲆驯化到环沟来摄食， 有利于牙鲆度夏避高温。2. 海蜇的饵料的管理 海蜇苗放养 3 天后要进行投饵， 饵料为冰鲜糠虾和豆粕， 投饵量为每天每亩用糠虾2kg, 豆粕 0.1kg ， 一天投喂一次， 在上午 9 时 10 时投喂。海洋多参数水质在线自动连续监测浮标的应用责任58 中
6、国水产 2008 年第 4 期实习编辑 陶世雨技术推广备， 给仪器提供完备的运行环境和安全防护， 必须具有高浮力 / 重量比， 可在较小、 较易携带的浮标上得到更大的载重量 ； 易于存放及搬迁， 便于回收与投放 ； 耐受海洋极端环境 （如台风、 海水腐蚀、 水生物侵蚀附着、 高低温） 和人类活动 （如船只碰撞等） 的影响。 它采用超强离子聚合胶整体性浮体， 无填充物， 直径 2000mm ， 总高 2.7m ， 重量 180kg ， 储备浮力 318kg ， 焦面高度 1.8m ， 横摇角 35 ， 基本衡准数 1 。 具备重量轻、 浮力高 ； 抗吸水性强 ； 不受燃料及化学品渗透， 火灾安全
7、性理想 ； 非常耐用， 不用上漆 ； 在浮体成形后， 表层高温及高压加密， 形成一层异常强硬的一体性外皮 （与高尔夫球、 保龄球瓶外保护层的物料相同）， 具有自体防撞性能 ； 表层的抗腐蚀性很强， 能抵抗生物粘附 ； 标体平衡、稳定。 它的最大特点是在浮体发生被撞击后不会沉没， 便于搜寻。 浮体的电控室密封防水性非常好， 可以在允许使用状态下方便地更换浮体和维护传感器， 而且只需小型船只即可完成仪器的维护工作。2. 能量供应系统 必须保障在海洋环境长期监测情况下整个系统的电力自供应， 必须考虑所有的仪器及设备的用电量， 确保整个系统长期不间断地工作， 同时还必须考虑如何避免海洋环境对能量供应系
8、统的影响。 浮标能量供应系统配置 3 块 MSX20R 型海洋级超强太阳能板， 涂覆塑料保护层， 耐磨、 耐刮、 耐碰撞， 能抵受严寒的海洋腐蚀性环境、 机械刮擦造成龟裂。 储电系统选用 100AH/20HR LC-X1265CH 型高性能蓄电池， 并采用海洋级水密防水太阳能电池接头。 整个系统由优质太阳能电池板、 保护电路和蓄电池组成， 其配置由整个系统的用电量确定。 白天利用太阳能板对整个系统进行供电并对蓄电池进行充电， 晚上整个系统的供电由蓄电池完成。 能量供应系统的功率和容量足够大， 在连续阴雨天气的情况下仍能保持 50 天的正常工作。3. 海水水质分析仪器 水质自动监测系统的核心。分
9、析仪器的选择主要根据监测的内容和要求来确定， 必须是可以直接投放到海水中并特为长期水质监测而设计的。为了保证仪表的正常运行， 仪器传感器需配备有自动清洁刷， 使监测探头能抵受长期沾污之影响， 探头保持长期稳定。 海水水质分析仪器实际上是一个理化多参数检测仪， 主要能连续自动监测水温、 pH 、 氧化还原电位、 电导率、 盐度、 溶解氧、 浊度、 叶绿素和蓝绿藻等指标， 仪器自身内存为快闪存储器， 能恒久存储数据直至人为删除， 不会因断电而丢失， 存储器的容量为 384KB ， 可存储高达 15 万个读数。仪器防护等级 IP86 ， 有 RS-232 接口和 SDI-12 接口， 但数据采集平台
10、的连接设定为 SDI-12 ， 因为它较 RS-232 优越之处是可以作单线多点连接， 且连接距离可超过 100m 。SDI-12 接口还可以从数据采集平台直接取电并向仪器分析仪供电， 同时仪器本身带有电池室， 一套 8 节一号碱性电池可 提 供 75天 90 天的操作， 可确保在整个监测浮标完全断电的情况下不会丢失任何数据。 仪器的测量频次 （间隔） 可以设定为 1 次 / 秒直至无限长。 由于海水的水质在短时间内一般不会变化太大， 检测间隔通常设定为每隔 30 分钟或60 分钟测量 1 次， 也可根据需要随时更改设定。4. 数据采集与传输系统 同样是近岸海域连续自动监测浮标的重要组成部分。
11、 数据采集与传输系统应具有兼容性 ； 系统软件应采用最新的软件 ； 采集数据与传输数据可同时进行。 通过数据软件应能浏览实时数据、 采用报告和图表下载最新分析的数据， 并可使用单个程序观看完整的水质描述， 以实现远程控制。 数据采集多选用美国 CampbellScientific Instrument 公司的 CR10X 型测试与控制系统， 它具有如下特点 ： 数据采集与控制功能标准化配置， 灵活、 稳定和可靠 ； 监控简单， 可靠性高， 故障率低 ； 包括数据记录和控制能力 ； 使用快闪存储器作内存， 容量为 256KB ， 可存储约 12 万个读数， 可根据要求扩展容量， 断电时数据不会丢
12、失 ； 可编扫描 （采样） 速度从 1/64 秒到 2.5 小时 ； 可以使用电池供电， 工作不受断电影响 ； 该系列的 MTBF （故障间平均时间） 为 160 年。 数据传输多采用 NProbe-310GPRS 数据收发器， 串行协议设备可无限制通过 GSM/GPRS 网络及互联网通讯， 可与 NXN 的 GPRS 网关服务器GGS-9000 一起在主机端和远程端构建无障碍 “ GPRS 数据隧道”， 确保数据传输和远程设备管理的有效通讯 ； 带有易用的 API 和 GPRS 网关软件， 使得数据传输过程更有效率，确保用户可靠采集数据 ； 低电量消耗 CPU ； 传输信号稳定，质量高， 保
13、密性强， 实时性好， 费用低廉。5. 岸站监控中心 配备有电脑终端， 能对海上监测浮标进行监视和管理 ； 能实时对接收的数据进行监控、 采集、 诊断、 数理统计， 以及各类图表、 报表的生成 ； 能远程查看浮标系统电池电量和集成系统内部的温度和湿度， 且还能对浮标系统进行控制指令的发送。 其系统操作软件采用仪器自带的软件， 并提供所有数据接口及格式。6. 安全防护系统和固定锚链系统 自动监测浮标应具备安全防护的功能， 可避免海上船只与之碰撞， 应配备警示航标灯与雷达反射器， 同时配置全球定位仪， 对浮标的站位实时监控， 浮标一旦漂移或丢失可及时到现场修正或按移动轨迹找寻。 警示航标灯选用 EM
14、M Tidelands 警示灯， 能见度 5.5km ， 轮式结构， 6 灯泡自动切换， 自动感应，闪烁周期可设， 符合中国海事部门规定 （ MOS12S ）。 被动式雷达反射器具有很大的有效反射面积， 可为过往船只提供清晰的雷达反射信号， 防止碰撞。 GPS 全球定位系统具有 12 个并列通道， 最多可同时跟踪 12 颗卫星， 定位精度在25m 以内， 实时测定浮标经度、 纬度， 并与内置经度、 纬度进行比较， 一旦超出设定范围， 自动报警， 报警信号发至指定电话 / 手机， 以便及时采取措施， 确保浮标不丢失， 提高安全性。 为了保证日后维护的方便， 固定与回收配置也是必须的， 可用 “山
15、” 字形锚锭作为固定装置， 在泥地的抓力可抵御 10 级台风， 以避免自动监测浮标的飘移。二、 水质在线自动监测系统的主要功能、 技术指标和检测方法海洋水质自动监测浮标的主要功能是能自动、 连续、实时监测海水的温度、 盐度、 pH 、 溶解氧、 溶解氧饱和度、 叶绿素含量、 浊度、 电导率、 氧化还原电位和蓝刘学迅责任中国水产 2008 年第 4 期 59实习编辑 陶世雨绿藻等共计 10 个水质参数， 其主要技术指标和检测方法见表 1 和表 2 。三、 长期稳定运行水质在线自动监测系统应注意的问题与建议1. 浮标的专人管理、 日常维护及校准 监测浮标的作用是对所在海域的水质进行长期有效的检测，
16、 因此需要指定专人对每天的接收数据进行初步分析和管理， 且浮标一旦发生漂移而偏离原站位发生报警也需要由管理人员进行跟踪和处理应急事务。 由于浮标长年不间断地运转， 某些参数会产生漂移， 加上海洋环境复杂， 海流、 海浪、 航运的影响， 特别是海洋附着生物的附着， 都会使检测传感器发生数据异常， 因此需要定期对浮标进行维护和校准。 日常维护的主要工作是浮标探头的清洗、 校正和浮体外观仪器设备的检查。 由于监测浮标及各种传感器涉及很多专业领域，因此监测浮标还必须要指定专人进行管理， 日常维护人员要经过专业培训， 熟悉浮标、 探头的结构及其工作原理， 具有解决一般故障的能力， 日常维护人员不能轻易更
17、换。2. 检测数据会商分析 海底清污、 抽沙或海洋工程围垦均会使海水的浊度升高， 局部海洋赤潮的发生会使海水的叶绿素、 溶解氧和 pH 升高， 连续降雨或来自陆源的排淡会使海水的盐度下降， 而且仪器本身也会产生异常值。 当监测数据产生异常时， 应对现场进行及时采样和检刘学迅技术推广测分析， 然后由专业人员进行会商判断， 以便采取相应的对策。3. 浮标的监测管理应纳入实验室质量认证体系 浮标的监测数据不可再生， 为保证监测数据的准确性和可靠性， 把浮标的监测管理纳入实验室质量认证体系是最有效的办法。 因此， 对于监测浮标必须要有自校规程， 维护、维修记录， 数据保存， 仪器的校对记录等， 对每台
18、浮标均需建立使用管理档案。 水质在线自动监测浮标具有连续及时反映水质的动态变化、 预测预报发展趋势和加快处理应急事件的过程控制优势， 在许多国家得到较好的应用。近年来， 我国水质自动监测工作正朝着规范化、 制度化发展， 随着水质在线自动监测系统的完善， 自动监测数据的可靠性、 代表性、 可比性也越来越重要， 自动监测工作的质量控制和质量保证成为运行管理的核心内容， 因此将浮标的监测管理纳入实验室质量认证体系是非常必要的。四、 结语4 年多来， 厦门市海洋与渔业环境监测站应用海洋水质自动连续在线监测浮标实现了海水水质的在线连续自动监测和远程控制， 达到对海洋水质状况的即时、 连续监测和监控， 使
19、监测数据更能真实反映海洋的实际情况， 更有可比性， 对厦门市海洋灾害 （特别是赤潮） 的预警预报发挥了较好的作用。项目 仪器的分析方法 实验室监测方法水温 热敏电阻法 温度计法 / 热敏电阻法电导率 四电极电流法 电导计法盐度 由电导率计算得出 盐度计法pH 玻璃复合电极法 pH 计法溶解氧 荧光法 碘量法溶解氧饱和度 由溶解氧值计算得出 由溶解氧值计算得出叶绿素 体内 In Vivo ： 在浮游生物 / 藻类体内 荧光法 分光光度法浊度 90 光散射法 浊度计法氧化还原电位 白金电极法 电位计法蓝绿藻 荧光法 浮游植物分类、 计数法表 2 海洋水质自动监测浮标的监测分析方法项目 单位 测量范
20、围 准确度 分辨率 定标周期 备注水温 0 45 0.15 0.01 90 天 自动清洗盐度 0 70 1.0% 0.01 60 天 自动温度补偿电导率 mS/cm 0 100 0.5% 0.001 0.1 90 天 自动温度补偿pH 无量纲 0 14 0.2 0.01 20 天 自动清洗、 自动温度补偿、 3 点校准ORP mV -999 +999 20 0.1 20 天溶解氧 mg/dm 3 0 30 0 20 ： 2% 0.01 20 天 无须搅拌 （不受流速影响）、 自动清20 30 ： 15% 洗、 自动温度补偿和盐度补偿溶解氧饱和度 % 0 500 0 200 ： 2% 0.1 20 天200 500 ： 6%浊度 NTU 0 1000 2% 或 0.5 0.1 20 天 自动清洗、 自动温度补偿叶绿素 g/L 0 400 5% 0.1 20 天 自动清洗、 自动温度补偿蓝绿藻 cell/mL 330 200000 20 天 自动清洗表 1 海洋水质自动监测浮标的主要技术指标责任
