海洋水質(zhì)監測儀方法

及時(shí)獲得海洋區域水體的的實(shí)時(shí).動(dòng)態(tài),連續的水質(zhì)數據.掌握水質(zhì)環(huán)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(tài)變化趨勢進(jìn)行長(cháng)期實(shí)時(shí)監測、預警預報有多種方式和手段，生態(tài)浮標監測系統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,美國和其它國家建立了數千個(gè)大小不同的監測點(diǎn)，布放在近岸海域、湖泊、河流、水庫、沼澤長(cháng)期監測水文、水質(zhì)、生態(tài)參數的浮標已有1000多個(gè)，部分浮標的數據已直接上網(wǎng)公開(kāi)向社會(huì )公眾發(fā)布，全球有30多個(gè)國家和地區使用Endeco/YSI公司生產(chǎn)的生態(tài)浮標.
各監測點(diǎn)多數通過(guò)浮標系統來(lái)實(shí)施,簡(jiǎn)介Endeco/YSI公司的浮標系統應用。
n Dubai 灣
n Ras Al Khawr 保護區
n 67 種鳥(niǎo)類(lèi)
n 研究城市的排放物
n 觀(guān)測藻華事件
n 在浮標平臺上增加了海水營(yíng)養鹽監測
n 為在比利時(shí)Oostende港的貝類(lèi)養殖場(chǎng)提供數據
n Karenia 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(jià)風(fēng)暴潮的影響
• 監測溶解氧濃度和探測低溶解氧事件點(diǎn)
• 產(chǎn)生廣泛的基線(xiàn)水質(zhì)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(fā)送系統.安全系統.
YSI作為一個(gè)提供完整系統的廠(chǎng)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(guò)35年的生態(tài)浮標生產(chǎn)經(jīng)驗。在美國有數千臺數字生態(tài)浮標投放在近岸海域、湖泊、河流、水庫、沼澤長(cháng)期監測水質(zhì)生態(tài)參數.全球有30多個(gè)國家和地區使用Endeco/YSI公司生產(chǎn)的數字生態(tài)浮標。在亞洲的中國、日本、韓國、印尼、新加坡、馬來(lái)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(tài)浮標監測水質(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(jìn)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。
浮標系統水上硬件的介紹
3、YSI生態(tài)浮標監測系統的介紹
生態(tài)浮標投放自然海域的水體進(jìn)行水質(zhì)生態(tài)參數監測，它是完整的系統，應具有優(yōu)秀測量功能，無(wú)故障數據無(wú)線(xiàn)傳輸、完備自供電系統，這些部分應該能耐受?chē)谰�的海洋環(huán)境，實(shí)現運行周期長(cháng),維護量小，測量的參數符合要求：
◆ 選擇能夠進(jìn)行長(cháng)期,穩定,可靠的水質(zhì)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(yíng)養鹽等)、
◆ 同步測量氣象和水文參數（風(fēng)速/風(fēng)向/雨量/波浪/流態(tài)分布等）
◆ 優(yōu)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(wú)故障的數據無(wú)線(xiàn)傳輸功能
◆ 軟件應實(shí)現異常狀況報警功能
◆ 可反復充電的優(yōu)量充電電池為浮標系統提供自供電功能,高效太陽(yáng)能板
◆ 傳感器和系統的其它器件運行維護量少.
◆ 耐受海洋環(huán)境(強風(fēng),大浪,船舶沖撞,強烈陽(yáng)光等)的卓越能力
4、海洋生態(tài)浮標系統的介紹
◆ 浮標體
浮標體是整個(gè)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(zhì)監測儀
選用美國YSI公司YSI6600V2多參數水質(zhì)監測儀，同時(shí)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(dòng)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(cháng)期水質(zhì)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(huán)境的長(cháng)期使用
EcoNet-Console – Monitoring and Sensing platform
◆ 太陽(yáng)能供電系統
三塊高性能太陽(yáng)能電池板，太陽(yáng)板上涂覆塑料保護層，耐磨、耐刮、耐碰撞，并能抵受?chē)谰�的海洋腐蝕性環(huán)境，機械刮擦造成龜裂不影響太陽(yáng)能板正常工作。海洋級水密太陽(yáng)能電池接頭,連接高穩定性蓄電池。
◆ 無(wú)線(xiàn)通訊系統
• 采用Econet
• GSM/GPRS
• CDMA
◆ 雙錨定回收系統
主錨采用專(zhuān)利技術(shù)菱形錨，牢牢吸進(jìn)海底底泥，具有很強的固著(zhù)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(guò)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(yáng)能板、通訊天線(xiàn)、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(tài)傳感器，控置室的不銹鋼底部透過(guò)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?lián)p壞儀器設備。避免冬天密封室內過(guò)冷.
◆ 雙錨定回收系統，海洋浮標的專(zhuān)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(fēng)、急流卷走，副錨作用是為浮標提供附加的拉著(zhù)能力，確保方便回收浮標系統。
浮標體的優(yōu)點(diǎn)
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(huì )導致燃料及化學(xué)品滲透；不會(huì )產(chǎn)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(jīng)過(guò)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(shí)不會(huì )損壞碰撞物，自身也不損壞，
◆ 優(yōu)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?jì)x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(cháng)使用壽命代表在整個(gè)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(fēng)、暴風(fēng)雪等惡劣環(huán)境氣候能力極強。
6、多參數水質(zhì)監測儀
YSI6600V2多參數水質(zhì)監測儀詳見(jiàn)附錄1。
NPA營(yíng)養鹽監測儀器見(jiàn)附錄2。
7、數據采集控制系統
數據采集控制器是生態(tài)浮標的大腦，控制能力和運行穩定性是浮標系統的關(guān)鍵性能之一，采用數據采集控制器，
集成器的特點(diǎn)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(shí)數據不會(huì )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(gè)標準12V的蓄電池可以維持集成器近長(cháng)達數月正常工作（視外圍設備及采樣頻率而 定）。
8、太陽(yáng)能供電系統
裝配有三塊美國海洋級超強太陽(yáng)能板，為抗擊陽(yáng)光老化,涂覆塑料保護層，耐磨、耐刮、耐碰撞，能耐受?chē)揽恋暮Ｑ蟾�蝕性環(huán)境，即使機械刮擦造成龜裂也不影響太陽(yáng)能板正常工作。備用蓄電系統為高性能蓄電池。太陽(yáng)能板與蓄電池連接使用海洋要求的水密太陽(yáng)能電池接頭。整套太陽(yáng)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(wú)線(xiàn)通訊系統
采用數字調制解調器GSM和CDMA和GPRS。水質(zhì)監測數據實(shí)時(shí)無(wú)線(xiàn)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(zhuān)利菱形錨，緊錮牢吸海底底泥中，產(chǎn)生很強的固著(zhù)能力，副錨的作用是為浮標提供額外的錨定固著(zhù)力，強化浮標抵抗臺風(fēng)、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(mén)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?jì)x
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(zhì)監測儀器,
· 該儀器可以直接投放到海洋、河流、湖泊、
水庫，進(jìn)行長(cháng)期實(shí)時(shí)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。水體參數因攪拌而有明顯變化,由于快速脈沖方法不需攪拌器，真實(shí)測量水體的各項參數.
· YSI 6600V2型是特為長(cháng)期海洋水質(zhì)監測而設計。傳感器前端配有自動(dòng)清潔刷，使溶解氧、pH、ORP、濁度、葉綠素探頭能抵受長(cháng)期沾污之影響，探頭保持長(cháng)期穩定。
YSI濁度
帶有自清潔刷,按照設定間隔清潔光學(xué)表面,獲得真實(shí)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(zhì)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(shí)，需要有經(jīng)驗的分析人員方能確保良好的數據及長(cháng)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(chǎng)熒光儀，可是現場(chǎng)熒光儀一般都體積較大且價(jià)錢(qián)昂貴。1999年，YSI公司使用其光纖技術(shù)，成功地把現場(chǎng)熒光儀縮小至一個(gè)探頭的大小，可直接安裝于YSI多參數水質(zhì)監測儀，實(shí)現了輕便、操作簡(jiǎn)單,經(jīng)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(cháng)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(shí)驗室設備�？捎糜谌~綠素的連續監測，觀(guān)察浮游生物生長(cháng)趨勢。由于測量在水體中直接進(jìn)行，不需象傳統的方法把細胞攪碎，故能真實(shí)反映細胞中葉綠素在現場(chǎng)條件中活性表現。
由于測試是基于現場(chǎng)結果，可獲取實(shí)時(shí)讀數，對于水體中出現的特殊狀況（如赤潮），可即時(shí)作出及時(shí)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(xué)傳感器.及時(shí)觀(guān)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(cháng)時(shí)間的計數.相對于同類(lèi)傳感器來(lái)比,濁度,葉綠素的對藍綠藻測量干擾降到一個(gè)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(jìn)程）計劃特許成員。全美只有200多家企業(yè)擁有此榮譽(yù)。
YSI多參數水質(zhì)監測儀獲得美國ETV認證,該機型和傳感器在國際市場(chǎng)上被普遍接受為行業(yè)標準外，其中6820/6920型多參數水質(zhì)監測儀于1998年通過(guò)國家質(zhì)量技術(shù)監督局的技術(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(shū)”，證書(shū)編號為：98-C211。（注意：6600型與6820/6920型為同一系列產(chǎn)品； YSI 6600V2型多參數水質(zhì)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(xué)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(lèi)體內］熒光法）
· 藍綠藻BG-PE(熒光法)
1.3. 儀器技術(shù)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(huì )因斷電而丟失�？纱鎯Ω哌_15萬(wàn)個(gè)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(kāi)始成為在線(xiàn)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(xiàn)多點(diǎn)連接，連接距離可超過(guò)100米。另外，SDI-12除可以作數據傳輸，也可同時(shí)向儀器供電。
（3） 電源供應
透過(guò)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(gè)監測系統完全斷電的情況下不會(huì )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(diǎn)。
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(lái)一直使用，尤其適合在野外使用，具有沾污小、維護少的特點(diǎn)。
· 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(cháng)，自動(dòng)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(hù)采樣時(shí)間和環(huán)境條件設定自動(dòng)清除光學(xué)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(yōu)化的傳感器光學(xué)設計,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：在浮游生物/藻類(lèi)體內）熒光法，測量在水體中直接進(jìn)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(shí)地反映水體的藍綠藻的數量變化趨勢.不需帶回實(shí)驗室進(jìn)行計數.
BGA-PE
（5） 技術(shù)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(dòng)
清洗裝置 自動(dòng)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(cháng)期穩定，不需經(jīng)常清洗
· 電導率
測量范圍 0至100mS/cm（自動(dòng)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(cháng)期穩定，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(dòng)
鹽度補償功能 自動(dòng)
清洗裝置 自動(dòng)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(shí)的精度要比高濁度時(shí)為高
分辨率 0.1 NTU
清洗裝置 自動(dòng)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(dòng)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(dòng)清潔刷