海洋環(huán)境下多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀布放實操要點

海洋環(huán)境下多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀布放實操要點

無論是監(jiān)測河口、海港還是近海珊瑚礁的水質(zhì)，海洋環(huán)境都會為采集精準(zhǔn)可靠的數(shù)據(jù)帶來諸多獨特挑戰(zhàn)。從海水腐蝕到生物附著，在海洋中布放 EXO 系列水質(zhì)監(jiān)測儀這類設(shè)備，需要周密的規(guī)劃與定期維護(hù)。

配圖說明：在海洋環(huán)境中布放水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備（如圖中這款 YSI EXO2 型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀），需經(jīng)過周密規(guī)劃，才能確保整個布放周期內(nèi)采集的數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可靠。圖片來源：喬恩?法詹斯

作為一名應(yīng)用技術(shù)專家，我與 YSI 公司合作，負(fù)責(zé)儀器的安裝調(diào)試與維護(hù)工作，測試各類傳感器技術(shù)、新型材料以及防污配件的性能。

我們在墨西哥灣的惡劣環(huán)境中設(shè)有兩個監(jiān)測站點。其中一個站點的環(huán)境與多數(shù)沿海區(qū)域類似，另一個則頻繁遭受合流制溢流（CSO）的影響。許多老舊城區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施年久失修，雨水管道與污水管道合二為一。強(qiáng)降雨天氣極易造成管道超負(fù)荷運行，導(dǎo)致未經(jīng)處理的原生污水直接排入水體，這為水質(zhì)監(jiān)測工作帶來了諸多特殊挑戰(zhàn)。

配圖說明：柯蒂斯?巴特勒數(shù)十年來一直協(xié)助 YSI 客戶安裝和維護(hù)各類水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備。

基于多年實踐經(jīng)驗，我總結(jié)出了一套經(jīng)實地驗證的實操策略，助力大家攻克海洋監(jiān)測的各類難題，即便在惡劣的海岸環(huán)境下，也能獲取可靠、具備公信力的數(shù)據(jù)。本文將分享我整理的海洋環(huán)境布放要點，內(nèi)容涵蓋站點選址、防污策略、維護(hù)規(guī)程以及數(shù)據(jù)完整性保障措施。這些建議中的大部分，同樣適用于其他監(jiān)測環(huán)境。

1. 明確監(jiān)測目標(biāo)

首要任務(wù)是確定監(jiān)測對象與監(jiān)測目的。監(jiān)測是為了采集基準(zhǔn)數(shù)據(jù)、調(diào)查污染事件，還是追蹤季節(jié)變化規(guī)律？也可能是為了滿足合規(guī)性監(jiān)測要求。無論目標(biāo)是什么，它都將決定布放頻率、傳感器選型等所有后續(xù)工作。

例如，若要對污染事件開展有效監(jiān)測，就需要監(jiān)測常規(guī)水質(zhì)指標(biāo)，包括電導(dǎo)率、溫度、溶解氧、pH 值以及濁度，同時還需監(jiān)測熒光溶解性有機(jī)物（fDOM）等與污染相關(guān)的指標(biāo)。

配圖說明：排污管道會將處理后的廢水排入海洋，因此這些管道口是海洋水質(zhì)監(jiān)測的重點區(qū)域。在排污口附近開展監(jiān)測，有助于保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)、保障公眾健康，同時確保相關(guān)工作符合法規(guī)要求。

2. 選擇合適的布放時長

短期離散采樣適用于針對性研究，但這種方法的弊端顯而易見 —— 只能獲取生態(tài)系統(tǒng)的 “瞬時快照"，很可能遺漏強(qiáng)降雨、藻華等自然事件引發(fā)的水質(zhì)變化。連續(xù)布放的優(yōu)勢不僅在于采集的數(shù)據(jù)量更大，還能將人力物力釋放出來，投入到其他關(guān)鍵的環(huán)境研究工作中。

很多人都問過我：“儀器布放后，最長可以間隔多久再去站點維護(hù)？" 這個問題沒有標(biāo)準(zhǔn)答案。監(jiān)測區(qū)域的生物附著嚴(yán)重程度如何？儀器使用年限是多少？是否存在影響布放的季節(jié)性變化因素？監(jiān)測站點是否配備遙測系統(tǒng)，讓你在辦公室就能及時發(fā)現(xiàn)故障？還是說監(jiān)測儀只能單機(jī)運行，數(shù)據(jù)僅存儲在本地？

這其中涉及諸多變量，只有你自己才能判斷，監(jiān)測儀在出現(xiàn)電量不足、生物附著或傳感器漂移等影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的問題前，最長可連續(xù)布放多久。我的建議是，初期可以縮短維護(hù)間隔、增加站點巡檢頻次，之后可根據(jù)實際環(huán)境條件，逐步延長兩次維護(hù)之間的間隔時間。

配圖說明：水質(zhì)監(jiān)測浮標(biāo)布放前（左圖）與布放后（右圖）的狀態(tài)對比，直觀展現(xiàn)了海洋環(huán)境中生物附著的嚴(yán)重程度。

你會發(fā)現(xiàn)，儀器性能往往是決定布放時長的限制性因素。傳感器必須在整個布放周期內(nèi)，始終處于出廠標(biāo)定的性能參數(shù)范圍內(nèi)，才能保障數(shù)據(jù)的可靠性。根據(jù)我的經(jīng)驗，EXO 系列監(jiān)測儀通?？梢赃B續(xù)布放 5 周，之后才需要對傳感器進(jìn)行重新校準(zhǔn)。

長期布放的前期投入成本可能略高，但選擇一家以高品質(zhì)儀器著稱的供應(yīng)商，有助于降低設(shè)備全生命周期的總體成本。長期布放需要更穩(wěn)定的供電系統(tǒng)、更完善的防污措施以及更周密的維護(hù)計劃。務(wù)必盡早確定監(jiān)測周期，以便提前做好各項準(zhǔn)備。要記住，丟失的數(shù)據(jù)點永遠(yuǎn)無法彌補(bǔ)。

3. 選取具有代表性且便于運維的監(jiān)測站點

選址時需綜合考量多方面因素：

l                      代表性：確保站點水質(zhì)能夠反映所在區(qū)域的整體水質(zhì)狀況

l                      可達(dá)性：確保能夠安全抵達(dá)站點，開展設(shè)備布放與維護(hù)工作

l                      安全性：盡可能降低徒步旅行者、船舶通航、游泳者或野生動物帶來的干擾風(fēng)險

l                      合規(guī)性：如需進(jìn)入私人區(qū)域或特殊管控區(qū)域，務(wù)必提前獲得準(zhǔn)入許可與相關(guān)資質(zhì)

要找到一個同時滿足以上所有條件的站點并非易事。但在選址時，應(yīng)盡大努力在降低風(fēng)險、提高運維便捷性的同時，確保站點具備良好的區(qū)域水質(zhì)代表性。

配圖說明：圖中工作人員正在一處便捷且安全的碼頭，對一臺 YSI EXO2 型多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測儀進(jìn)行維護(hù)。

4. 選用恰當(dāng)?shù)牟挤欧绞?/span>

布放方式的選擇取決于監(jiān)測水深、洋流狀況、站點環(huán)境以及研究目標(biāo)。常見的布放方案包括：

l                      采用 316 不銹鋼鏈條或聚氯乙烯（PVC）管，對監(jiān)測儀進(jìn)行垂直或水平固定

l                      將監(jiān)測儀安裝在碼頭、樁基或棧橋等固定構(gòu)筑物上

l                      采用浮標(biāo)式系統(tǒng)，適用于水體中層或遠(yuǎn)海區(qū)域監(jiān)測

l                      采用垂直剖面監(jiān)測系統(tǒng)，獲取高分辨率的水體剖面數(shù)據(jù)

配圖說明：監(jiān)測浮標(biāo)非常適用于海洋環(huán)境中的水體中層或遠(yuǎn)海區(qū)域監(jiān)測。圖片來源：喬恩?法詹斯

無論采用哪種布放方式，都需要考慮供電方案 —— 是使用監(jiān)測儀內(nèi)置電池供電，還是采用防水外殼內(nèi)的大容量外置電池，或是接入市電供電。

無論監(jiān)測儀是簡單懸掛在鏈條上，還是安裝在布放管內(nèi)，每次回收再布放時，都必須將其固定在相同深度，這樣才能保障長期監(jiān)測數(shù)據(jù)的一致性。

對于單機(jī)布放的監(jiān)測儀，建議使用高強(qiáng)度 316 不銹鋼鏈條與登山扣進(jìn)行固定。布放管需用重型不銹鋼支架加固，并做好位置標(biāo)記，防止多次布放過程中出現(xiàn)移位。

垂直布放管是方案，但部分站點由于低潮位時水深過淺，需要采用大角度水平布放方式。若使用 PVC 材質(zhì)的布放管，需注意兩個關(guān)鍵要點：一是在監(jiān)測儀上方的布放管上開設(shè)大孔徑孔洞，二是在傳感器探頭附近開設(shè)多個小孔徑孔洞。這樣做是為了確保水體能夠順暢流經(jīng)傳感器，避免管內(nèi)出現(xiàn)水體滯留的情況。更多細(xì)節(jié)可參考我們的《垂直管布放指南》。

配圖說明：布放管是水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的常用布放載體。

5. 做好生物附著防護(hù)準(zhǔn)備

海水環(huán)境極易滋生生物，在海洋生物活動頻繁的區(qū)域，監(jiān)測儀投放入水后短短 30 秒內(nèi)，就可能開始出現(xiàn)生物附著。建議采取以下防護(hù)措施：

l                      在傳感器裸露表面粘貼銅膠帶

l                      安裝銅合金傳感器防護(hù)罩，如 YSI EXO2/EXO3 系列專用防污罩

l                      配備防污刷（如設(shè)備兼容）

l                      加裝銅網(wǎng)，防止海洋生物在傳感器防護(hù)罩內(nèi)棲息

l                      在儀器機(jī)身與傳感器殼體表面噴涂防污涂層 C-spray（注意切勿噴涂傳感器探頭表面）

在粘貼銅膠帶前，可先在傳感器表面覆蓋一層防護(hù)材料，這樣后續(xù)拆除銅膠帶時會更便捷。例如，可先為傳感器套上 YSI 專用薄熱縮套管，再在套管外粘貼銅膠帶。當(dāng)銅膠帶的防污效果耗盡后，用刀片劃開膠帶與套管，即可輕松取下，具體操作如圖所示。

配圖說明：圖中柯蒂斯正在剝離覆蓋著銅膠帶的薄熱縮套管。這種方法能大幅簡化海洋環(huán)境下布放的 EXO 監(jiān)測儀的生物附著清理工作。

銅合金材質(zhì)的防護(hù)罩，能有效抑制傳感器周邊區(qū)域的生物附著。EXO 系列監(jiān)測儀配備了高性能的清潔刷，可在每次數(shù)據(jù)采集間隙，清除傳感器探頭表面的生物附著。若儀器未配備此類清潔裝置，則需要提高站點巡檢頻次。

若發(fā)現(xiàn)魚類、蟹類等海洋生物將傳感器防護(hù)罩當(dāng)作棲息場所，可在防護(hù)罩外側(cè)加裝一層銅網(wǎng)，以此驅(qū)逐生物。

需要注意的是，站點巡檢頻次應(yīng)根據(jù)生物附著的嚴(yán)重程度靈活調(diào)整。

尤其要密切關(guān)注生物附著高發(fā)期，如夏季高溫時段以及水體營養(yǎng)鹽輸入量增加的季節(jié)。使用防污配件的核心目的，是在保證高數(shù)據(jù)質(zhì)量的前提下，大限度延長儀器的野外布放時間，從而減少站點巡檢次數(shù)，降低設(shè)備全生命周期成本。

想了解更多關(guān)于生物附著的常見誘因、生物附著對水質(zhì)數(shù)據(jù)的影響、防污技術(shù)以及專家實操建議，可觀看我們的專題網(wǎng)絡(luò)研討會《防污技術(shù)原理與應(yīng)用》。

配圖說明：圖中工作人員正在為一臺加裝了防污罩的 YSI EXO2 型監(jiān)測儀纏繞銅網(wǎng)，準(zhǔn)備進(jìn)行海洋布放。

6. 開展布放前質(zhì)量保證與質(zhì)量控制（QA/QC）工作

赴現(xiàn)場布放前，需完成以下工作：

l                      采用標(biāo)準(zhǔn)溶液對每一個傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)

l                      記錄傳感器在標(biāo)準(zhǔn)溶液中的基準(zhǔn)測量值

l                      驗證儀器與筆記本電腦、手機(jī)、數(shù)據(jù)記錄儀或手持終端的通訊功能

l                      記錄傳感器與儀器的序列號，以及設(shè)備配置信息

l                      務(wù)必使用電壓表檢測電池性能，確認(rèn)電池狀態(tài)良好

嚴(yán)格遵守標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程與實驗室規(guī)范，是確保校準(zhǔn)工作成功的關(guān)鍵，也是保障長期布放順利開展的重要前提。需要注意的是，大多數(shù)溫度傳感器無法校準(zhǔn)，只能判斷其性能是否合格，且需在其他傳感器校準(zhǔn)前，完成溫度傳感器的性能驗證。

此外，若你使用的是 EXO 系列監(jiān)測儀，可查閱《智能質(zhì)量控制手冊》，深入解讀校準(zhǔn)結(jié)果。

配圖說明：水質(zhì)傳感器在布放前，必須完成校準(zhǔn)工作。

校準(zhǔn)完成后，建議將儀器置于曝氣水槽中運行過夜，或至少運行數(shù)小時。這段時間采集的數(shù)據(jù)，對于驗證儀器布放前的運行狀態(tài)至關(guān)重要。切勿輕信 “新電池" 一定性能良好，布放前必須用電壓表檢測，確保電池電量能夠支撐預(yù)期的布放時長。一份詳盡的布放前核查清單，有助于提前發(fā)現(xiàn)潛在問題，避免干擾監(jiān)測工作的開展。

7. 建立常態(tài)化維護(hù)規(guī)程

定期維護(hù)是保障監(jiān)測儀與站點穩(wěn)定運行的關(guān)鍵。站點巡檢需完成以下工作：

l                      清潔監(jiān)測儀機(jī)身與傳感器（具體清潔方法可查閱用戶手冊或我們發(fā)布的清潔指南博文）

l                      清理布放管內(nèi)壁

l                      若站點采用外置 12V 電源供電，需清潔太陽能電池板表面；在電池板上噴涂一層薄防污涂層 C-spray，可使雨水輕松沖刷掉表面的灰塵雜質(zhì)

l                      檢查設(shè)備是否存在物理損傷

l                      更換或充電電池

l                      對傳感器進(jìn)行重新校準(zhǔn)，或直接更換為已校準(zhǔn)的備用監(jiān)測儀；校準(zhǔn)頻次需根據(jù)傳感器的特性以及實際觀測到的漂移情況確定

配圖說明：即便采取了防污措施，生物附著仍會不可避免地累積，因此建立常態(tài)化的站點巡檢與設(shè)備維護(hù)機(jī)制至關(guān)重要。

為便于質(zhì)量追溯，需對每次巡檢工作進(jìn)行詳細(xì)記錄。巡檢時可拍攝現(xiàn)場照片，數(shù)月后分析數(shù)據(jù)時，這些照片將有助于解釋數(shù)據(jù)異常的原因。

請不要只關(guān)注監(jiān)測儀的維護(hù)，而忽略了站點本身！務(wù)必定期檢查布放管，確保管壁孔洞未被生物附著堵塞 —— 孔洞堵塞會導(dǎo)致管內(nèi)形成封閉微環(huán)境。離開站點前，需確認(rèn)太陽能電池板表面清潔，且所有干燥劑均已更換。監(jiān)測系統(tǒng)的每一個組成部分都至關(guān)重要，都值得投入精力維護(hù)。

若你需要站點運維方面的協(xié)助，我們可提供專業(yè)的運維服務(wù)！

8. 開展布放后質(zhì)量保證與質(zhì)量控制（QA/QC）工作

布放周期結(jié)束后，需立即開展以下工作：

l                      拍攝現(xiàn)場照片

l                      檢查設(shè)備是否存在損傷或生物附著

l                      在移動監(jiān)測儀之前，使用另一臺監(jiān)測儀或手持設(shè)備，與該儀器進(jìn)行并列對比測量

l                      將布放回收的監(jiān)測儀置于標(biāo)準(zhǔn)溶液中檢測，判斷是否存在測量漂移或生物附著干擾

l                      對該監(jiān)測儀重新校準(zhǔn)，或直接更換為一臺新校準(zhǔn)的備用監(jiān)測儀

l                      核查布放期間采集的數(shù)據(jù)，排查數(shù)據(jù)缺失、數(shù)據(jù)尖峰或數(shù)據(jù)異常等問題

抵達(dá)站點后，應(yīng)首先拍攝現(xiàn)場照片，這些照片將有助于解釋后續(xù)數(shù)據(jù)異常的原因。在移動布放的監(jiān)測儀之前，需將一臺新校準(zhǔn)的備用監(jiān)測儀，或一臺配備相同監(jiān)測參數(shù)的新校準(zhǔn)手持設(shè)備，置于該監(jiān)測儀旁相同深度處，至少完成兩組平行對比測量。這一步驟能夠驗證布放的監(jiān)測儀是否超出性能參數(shù)允許的漂移范圍，同時判斷生物附著是否對有效數(shù)據(jù)的采集造成干擾。

配圖說明：抵達(dá)監(jiān)測站點后，拍攝現(xiàn)場照片十分重要，這些照片可能有助于解釋數(shù)據(jù)中的異常情況。圖中是一臺布放在近岸海域的 YSI EMM700 型監(jiān)測浮標(biāo)。

完成平行對比測量后，可清潔傳感器側(cè)壁與監(jiān)測儀密封端面，注意切勿觸碰傳感器探頭表面。

接下來，即可將傳感器置于標(biāo)準(zhǔn)溶液中檢測，驗證其性能是否仍在參數(shù)范圍內(nèi)。若檢測結(jié)果不達(dá)標(biāo)，再清潔傳感器探頭表面，并再次進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)溶液檢測。通過這兩步操作，能夠判斷傳感器漂移是由生物附著導(dǎo)致，還是傳感器本身的性能漂移。這些核查工作不僅能保障數(shù)據(jù)的完整性，還能為未來的布放工作提供參考依據(jù)。

9. 妥善保管閑置設(shè)備

海水對電子元件與連接器的腐蝕性強(qiáng)。儀器回收后，需按以下步驟處理：

l                      清潔并維護(hù)監(jiān)測儀機(jī)身與傳感器連接器

l                      用淡水沖洗所有部件

l                      按照制造商的要求，將儀器干燥后妥善存放

l                      根據(jù)需求為電池充電，或拆除電池單獨存放

l                      檢查線纜與密封件是否存在磨損

設(shè)備回收后的妥善保養(yǎng)，能夠有效延長其使用壽命。若你使用的是 EXO 系列監(jiān)測儀，此時需確保水密連接器清潔干凈，并涂抹硅脂潤滑，直至連接器表面呈現(xiàn)光澤。若使用的是其他品牌儀器，請嚴(yán)格遵循廠家的保養(yǎng)建議。

必須用淡水沖洗儀器與傳感器，防止閑置存放期間，殘留的微生物繼續(xù)滋生繁殖，為下次布放埋下隱患。更多存放細(xì)節(jié)可查閱我們發(fā)布的設(shè)備存放指南博文。

儀器閑置存放時，切勿將電池留在儀器內(nèi)部；建議拆除電池，下次布放時更換全新電池。同時，可趁此機(jī)會檢查手持終端的線纜與電池倉密封件的狀態(tài)。

配圖說明：水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備閑置存放前，必須清潔，防止微生物持續(xù)滋生。

10. 做好全流程記錄工作

完善的記錄是保障監(jiān)測工作一致性與數(shù)據(jù)可追溯性的關(guān)鍵。需建立詳細(xì)臺賬，記錄以下內(nèi)容：

l                      拍攝大量現(xiàn)場照片

l                      監(jiān)測站點的坐標(biāo)與環(huán)境描述

l                      布放方式與監(jiān)測深度

l                      校準(zhǔn)數(shù)值與傳感器配置參數(shù)

l                      維護(hù)與回收工作的相關(guān)記錄

l                      現(xiàn)場觀察到的特殊情況或數(shù)據(jù)異?，F(xiàn)象

務(wù)必記錄工作中的每一個細(xì)節(jié)！野外記錄與元數(shù)據(jù)，對于解讀監(jiān)測結(jié)果、保障數(shù)據(jù)質(zhì)量具有不可替代的作用。