垂直剖面探測技術(shù)推動水生環(huán)境監(jiān)測發(fā)展

依托垂直剖面探測技術(shù) 推動水生環(huán)境監(jiān)測發(fā)展

水是地球最重要的資源之一，然而水面之下卻是一個瞬息萬變、往往難以被透徹認知的環(huán)境。從溫度變化到營養(yǎng)鹽波動，再到溶氧量的改變，這些無形的變化會對水生生態(tài)系統(tǒng)、水質(zhì)以及生物多樣性產(chǎn)生深遠影響。

在過去的一個世紀里，人類為探明這些變化規(guī)律研發(fā)出了各類分析儀器。這些設(shè)備能夠?qū)λw進行垂向剖面探測，為相關(guān)數(shù)據(jù)采集增添了全新維度。監(jiān)測手段也從早期簡陋的人工工具（如配備顛倒溫度計的采水瓶），逐步發(fā)展為搭載光學(xué)傳感器的現(xiàn)代多參數(shù)水質(zhì)分析儀，可對濁度、葉綠素、藍藻等指標進行精準檢測。

左圖：顛倒溫度計通過 180 度翻轉(zhuǎn)（即 “顛倒"）的方式，測定特定水層的溫度。翻轉(zhuǎn)動作會使水銀柱斷裂，從而在儀器被取回水面的過程中，保留住測溫時的讀數(shù)。圖片來源：加州大學(xué)，《海洋：物理、化學(xué)與普通生物學(xué)》。

右圖：研究人員手持一臺賽萊默采水器。這是一種可采集特定水層水樣的圓柱狀裝置，供實驗室分析使用。圖片來源：美國地質(zhì)調(diào)查局

左圖：一臺由YSI生產(chǎn)的現(xiàn)代化自主式垂直剖面分析儀，安裝于水庫取水構(gòu)筑物之上，前景位置配有一臺 EXO3 型多參數(shù)水質(zhì)分析儀。

右圖：搭載于剖面分析儀的YSI EXO3 型多參數(shù)水質(zhì)分析儀，其上集成了多組水質(zhì)傳感器。

水質(zhì)剖面監(jiān)測對于飲用水水庫的水處理決策至關(guān)重要，因其直接影響水處理工藝的效率與效果。無論部署于湖泊、水庫、河口還是近岸海域，這套的監(jiān)測系統(tǒng)都能以的便捷性，助力環(huán)境健康狀況追蹤、環(huán)境變化早期跡象識別，以及循證決策的制定。

匠心打造，穩(wěn)定可靠

YSI垂直剖面監(jiān)測系統(tǒng) 是一款維護便捷、經(jīng)濟實用的監(jiān)測設(shè)備，可采集整個水體剖面的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。它為科研人員、環(huán)境管理人員以及生態(tài)保護工作者提供所需的監(jiān)測洞見，助力淡水與海洋生態(tài)環(huán)境的保護和維護工作。

配圖說明：美國科羅拉多河上搭載 YSI 浮筒式垂直剖面監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測平臺，背景為胡佛水壩。

該系統(tǒng)的機械與結(jié)構(gòu)部件堅固耐用，同時支持隨新技術(shù)迭代輕松完成系統(tǒng)升級。YSI EXO 多參數(shù)水質(zhì)分析儀由 12V 電池供電，可通過電源插座或多塊太陽能電池板充電。雙電池供電設(shè)計，再搭配太陽能電池板升級組件，能夠滿足高緯度地區(qū)的運行需求。

整套監(jiān)測系統(tǒng)以一臺高性能科研級數(shù)據(jù)記錄儀為核心。這款控制設(shè)備能夠以高性價比的方式，打通數(shù)據(jù)采集與本地決策之間的鏈路。該數(shù)據(jù)記錄儀不僅堅固可靠，適用于長期數(shù)據(jù)記錄，還具備操作簡便、易于配置和維護的特點，且為關(guān)鍵的是，它的功耗極低。

數(shù)據(jù)記錄儀與 YSI EXO 多參數(shù)水質(zhì)分析儀之間，通過一根內(nèi)置芳綸纖維增強芯的通信線纜實現(xiàn)連接。這種線纜兼具超高耐用性與輕量化特性，芳綸纖維這一合成纖維材料同樣被應(yīng)用于遙控潛水器（ROV）的制造。EXO 多參數(shù)水質(zhì)分析儀可搭載各類傳感器，包括適用于各類水庫剖面監(jiān)測的 NitraLED 光學(xué)硝酸鹽傳感器。

通過加裝第二臺數(shù)據(jù)記錄儀，該系統(tǒng)可進一步拓展功能，以接駁更多傳感器?？蛇x配的傳感器類型包括：用于監(jiān)測氣溫、濕度、風(fēng)速、降雨量和太陽輻照度的氣象儀器；碳氫化合物傳感器；藻類光學(xué)檢測傳感器；以及視頻攝像系統(tǒng)。浮筒式分析儀可通過甲板開孔或船頭滾輪，搭載懸掛于平臺的各類環(huán)境傳感器，也可將傳感器安裝在 3 米長的桅桿之上。浮標式分析儀同樣可配備船頭滾輪與桅桿，用于安裝各類傳感器，滿足不同場景的應(yīng)用需求。

配圖說明：搭載藻類監(jiān)測實驗型光學(xué)傳感器的 YSI 浮筒式垂直剖面分析儀（左圖及中圖），以及配備各類氣象傳感器的同款分析儀（右圖）。

因地制宜，靈活部署

YSI EXO 多參數(shù)水質(zhì)分析儀采用模塊化設(shè)計，可靈活安裝于各類固定設(shè)施（如碼頭、棧橋、水壩）及浮動平臺之上。

配圖說明：位于美國俄克拉荷馬州尼奧肖河格蘭德河水壩附近的 YSI 浮標式垂直剖面監(jiān)測系統(tǒng)。

面對復(fù)雜嚴苛的部署場景，需為絞車安裝及通信線纜導(dǎo)向制定創(chuàng)新解決方案。在高流速水域環(huán)境中，可能需要在整個水體剖面內(nèi)對 EXO 多參數(shù)水質(zhì)分析儀及線纜進行導(dǎo)向與防護。下圖展示了靜水井與纜控滑橇組合解決方案。

配圖說明：左圖 —— 搭載于滑橇并配備線纜導(dǎo)向裝置的 EXO3 型多參數(shù)水質(zhì)分析儀；右圖 —— 由固定式結(jié)構(gòu)靜水井防護的 EXO3 型多參數(shù)水質(zhì)分析儀。

根據(jù)部署地點及數(shù)據(jù)安全要求，選擇最適配的通信方式至關(guān)重要。EXO分析儀可靈活選配多種通信模塊：既支持通過以太網(wǎng)接入本地網(wǎng)絡(luò)，也可搭載無線電、蜂窩網(wǎng)絡(luò)通信模塊；針對超偏遠地區(qū)的應(yīng)用場景，還能配備衛(wèi)星通信模塊。

YSI 浮筒式與浮標式監(jiān)測系統(tǒng)已在各類復(fù)雜嚴苛環(huán)境中成功完成部署與運行，例如常年遭遇強風(fēng)的高海拔水庫、以及水位波動劇烈的水庫。浮筒的標準兩點系泊方案可升級為四點系泊系統(tǒng)；針對水位大幅變化的水域，可采用滑輪配重自動調(diào)節(jié)系泊系統(tǒng)，確保設(shè)備始終處于最佳監(jiān)測位置。浮筒式監(jiān)測平臺的一大優(yōu)勢在于，其平臺空間足以舒適容納兩名工作人員開展設(shè)備維護作業(yè)，從而提升現(xiàn)場運維的安全性。

配圖說明：YSI 浮筒式垂直剖面監(jiān)測系統(tǒng) —— 一款可搭載各類傳感器、且能為工作人員提供充足操作空間的穩(wěn)定監(jiān)測平臺（拍攝地點：美國俄勒岡州比弗水壩）。

隨著人類對高精度、實時水質(zhì)數(shù)據(jù)的需求持續(xù)增長，YSI 垂直剖面監(jiān)測系統(tǒng)這類設(shè)備已成為科研與業(yè)務(wù)化監(jiān)測領(lǐng)域的工具。憑借其模塊化設(shè)計、穩(wěn)定可靠的性能、以及對惡劣偏遠環(huán)境的強大適應(yīng)性，該系統(tǒng)堪稱水生環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域的一項重大技術(shù)突破。無論是為飲用水安全保障、生態(tài)研究工作提供數(shù)據(jù)支撐，還是助力氣候韌性建設(shè)，這套系統(tǒng)都能為用戶提供關(guān)鍵監(jiān)測洞見，助力水生生態(tài)系統(tǒng)的當(dāng)下守護與長遠發(fā)展。