隨著科學技術的飛速發展， 水質監測由最初的人工采樣發展到現在的實時在線監測。我國的水質自動監測起步于 1988 年， 當年在天津試點建立了第一個水質自動監測站 [1]。1995 年以后， 上海、 北京等地作為試點也先后建立了水質自動監測站。1999 年開始， 在我國部分主要流域展開了地表水水質自動監測試點工作，分別在松花江、 長江、黃河及太湖流域的重點斷面建立了10個水質自動監測站。2003 年以來，我國建設地表水水質自動監測站的步伐加快：2005 年~2008 年， 基本每年新建100 個以上水質自動監測站；2009年開始， 基本每年新建200個以上水質自動站。通過近些年的發展與國家對在線監測的投入，我國的主要河流湖泊斷面都建立了水質自動監測站， 而各大河流的支流、地方水系等也都開展了水質在線監測的工作 [2]。我國大陸地表水的水質自動監測網絡已初步形成。
相比于內陸地表水的在線監測， 由于海洋環境多變、 海洋水質復雜， 海洋水質在線監測對監 測系統的整體可靠性、 設備材料的防腐蝕性、 儀器測量方法的可行性等有更加嚴苛的要求。隨著水質監測行業與海洋產業的迅速發展， 我國沿海地區的海洋水質監測工作也正在大面積開展起來。國家海洋局編制了 《國家海洋環境實時在線監控系統總體布局及建設思路》， 在 “十三五” 期間， 大力推進海洋環境實時在線監控系統能力建設。在線監測的主要方式包括浮標、 岸基站、 固定平 臺及其他海上平臺搭載在線監測設備 [3]。據統計， 從 2011 年至今， 僅杭州瑞利海洋裝備有限公司承 接的浙江省、 上海市、 海南省、 遼寧省、 山東省 等沿海省市的海洋水質監測浮標系統就達到 50 多 套， 監測參數包括常規水質多參數和營養鹽參數，如表 1 所示。部分浮標除了水質參數外， 還包括氣象、 水文、 油類、 核輻射等參數， 為海洋生態環境保護和防災減災提供決策支撐， 為社會公眾 提供海洋生態環境狀況實時信息服務， 為節能減 排提供環境基礎資料。2018 年， 國家對各個職能 部門進行重新整合， 國家成立了生態環境部， 使 得監測領域擴大， 海洋水質監測與內陸地表水水質監測之間的交叉融合也越來越多， 類似于地表水水質自動站的近岸海域岸基站水質在線監測系 統的建設也逐步開展起來， 對入海污染物以及海洋水質重要參數進行實時在線監測， 為相關部門 對海洋環境管理提供了有力的數據支撐 [4]。本文 對我國近些年海洋水質監測的發展現狀進行整理 總結， 并對其需要改進的方面進行探討， 以期為海洋水質監測的發展改進提供參考。
一、我國海洋水質在線監測發展現狀
1.1 海洋水質監測浮標
西方發達國家的海洋水質監測浮標起步較早， 始于 20 世紀 20 年代， 至今已經取得大量的成果， 并且制定了相應的海洋環境監測規范和標準， 在 各沿海國家實現了長期業務化運行。我國的海洋水質監測浮標雖說起步較晚， 但是經過多年的發展， 也取得了長 足的 進步 ， 已經 形 成 了直 徑 為1.5 m、 3 m、 6 m、 10 m 等一系列產品， 也逐步實 現了業務化運行 [5]。目前， 我國的海洋水質監測浮標功能較為完善， 除了搭載水質傳感器對重要水質參數進行監測外， 還可以搭載一些監測油類、 氣象、 海流等其他參數傳感器 [6]， 能夠對海洋水質及其他環境參數進行全面的實時在線監測。浮標體所用的材料防生物、 防腐蝕性能較好；海洋水質監測浮標還可以搭載一些雷達反射器等安全 防護系統；根據需要有些浮標還可以搭載攝像監 控系統， 對整個浮標系統進行實時監控。
海洋水質監測浮標由浮標體、 錨系、 供電系 統、 安全防護系統、 傳感器系統、 數據采集傳輸系統和岸站接收系統組成 [7-8]， 如圖 1 所示。
1） 浮標體主要由浮體、 標架、 穩定錘和電子 艙等組成。浮體上設有圍井， 可安裝水質監測傳 感器；標架在浮體正上方， 主要安裝太陽能板、 氣象傳感器、 警示燈、 GPS 等裝置；穩定錘在浮 體的正下方， 主要是保證浮體的穩定性；電子艙 一般位于浮體的中心， 且具有很強的水密性。艙體內集成有蓄電池、 充電控制模塊、 電源控制模 塊、 數據采集傳輸模塊等， 艙蓋上集成有連接器、 排氣閥等。
2） 錨系主要由錨、 錨鏈、 防纏繞球、 浮球和錨繩組成， 其作用是將浮標固定在某一個合適的 點位。
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3） 供電系統由太陽能電池板、 風力發電機、 風光互補控制器、 電源控制模塊和蓄電池組成， 太 陽能電池板、 風力發電機和風光互補控制器集成在 標架上， 電源控制模塊和蓄電池集成在電子艙內。
4） 安全防護系統由 GPS 定位系統、 視頻攝 像系統、 防雷裝置、 雷達反射裝置、 航標警示燈 組成， 均集成在標架上。
5） 傳感器系統包括多參數水質傳感器、 營養 鹽分析儀、 氣象多參數傳感器等， 是整個水質監 測系統的核心部分。
6） 數據采集傳輸系統由數據采集模塊、 DTU傳輸模塊和 DTU 天線組成， 主要作用是將監測的數據采集并發送至岸站接收系統。
7） 岸站接收系統包括服務器和軟件平臺。服 務器用來接收、 存儲數據， 軟件平臺則可將接收 的數據展示出來， 并具有數據統計、 數據處理、監測預警、 運維管理等眾多功能。
我國海洋水質監測浮標經過這些年的不斷改 進，產品穩定性和可靠性都得到了很大提升，功能也在不斷完善， 能夠為海洋環境監測提供實時有效的數據支撐。
1.2 岸基站海洋水質在線監測系統
岸基站海洋水質在線監測系統具有空間大、 水電有保障、 維護便利、 監測儀器工作環境更為 穩定等優點 [3]， 是重要的在線監測系統， 目前在海洋水質在線監測項目中得到大力推廣。
岸基站海洋水質在線監測系統是指采用先進 的化學分析技術、 智能化的中央控制技術及多功 能、一體化、 信息化的系統集成技術， 以監測站 房為主體， 可搭載多種水質分析儀表及傳感器、 水樣采集、 數據通信、 安全防護等配套設備， 將海洋水質樣品通過水泵輸送至監測站房內部， 經過預處理后， 由各個水質分析儀表或傳感器進行分析， 然后通過無線傳輸的方式， 將監測數據發 送至監控平臺 [9-11]， 如圖 2 所示。
岸基站海洋水質在線監測系統包括站房、采水單元、配水預處理單元、控制單元、 分析單元、數據采集傳輸單元、岸站接收單元和輔助單元。
1） 站房可以新建， 也可以利用既有的潮位站 等站房， 條件允許還可以采用集裝箱式站房。不 同于常規地表水的水質自動站， 海洋水質在線監測的岸基站一般建在靠近海域的地方， 因此需要考慮抗臺風、 防腐蝕等因素， 建設要求更高。
2） 采水單元包括采水泵和采水管路。采水泵 根據現場情況可選擇防腐蝕的自吸泵或潛水泵， 一般采用雙泵運行模式， 一用一備。位于地面上 的采水管路需采取一定的保溫措施， 以防冬季低 溫期水管結冰。
3） 配水預處理單元包括配水的管路、 電動球 閥和水樣預處理系統。其中水樣預處理系統包括沉淀池和過濾系統， 過濾包括粗過濾和精細過濾。水樣經過相應的預處理之后分配給不同的分析儀表和傳感器進行分析測量。水樣預處理的效果直 接關系到分析儀表和傳感器測量的準確性， 是整 個系統中很關鍵的一環。
4） 控制單元包括 PLC 控制柜、 工控機和工控軟件。通過控制單元對整個系統的運行進行設 置、 定時啟動、 關停等。控制系統是整個岸基站 海洋水質在線監測系統的 “指揮官”。
5） 分析單元是整個監測系統的核心部分， 包 括水質傳感器和化學分析儀表。
6） 數據采集傳輸單元包括數據采集器、 數據采集軟件、 網絡等， 負責監測數據的采集和傳輸。
7） 岸站接收單元包括服務器和軟件平臺， 服 務器用來接收存儲數據， 軟件平臺則可將接收的
數據展示出來， 并具有數據統計、 數據處理、 監 測預警、 運維管理等眾多功能。
8） 輔助單元包括管路清洗系統、 空調、 視頻 監控系統、 UPS 穩壓系統、 防雷系統等。輔助單 元是保證整個系統正常運行的重要保障。
相比于海洋水質監測浮標， 岸基站海洋水質在線監測系統能夠給分析儀表提供穩定、 理想的工作環境， 其監測數據更為準確、 可靠。因此， 在入海口或者近岸海域的水質監測中得到了更多 的應用。
二、海洋水質在線監測實際應用中的問題
隨著國家對海洋開發的大力投入以及海洋環境保護的迫切需求， 我國各沿海省份在各自的近 岸海域和入海河流建設的水質在線監測浮標和岸 基站海洋水質在線監測系統的數量也越來越多。監測系統的運行維護工作難度加大， 需要投入大 量的人力、 物力。再加上海洋水質的復雜性， 還會導致水質監測的水樣預處理難度增大、 傳感器 或分析儀測量方法選擇、 相關設備硬件使用壽命縮短等問題。海洋水質在線監測最關鍵的問題還 在于傳感器和分析儀的合理性、 水樣的預處理、系統維護工作的專業性等方面。目前從海洋水質在線監測的實際運行過程來看， 這些方面仍然存 在一些問題， 需要完善和改進。
2.1 海洋水質監測傳感器與分析儀表
從目前的市場總體情況來看， 在海洋水質監 測浮標領域， 進口的傳感器與分析儀仍然占據著 主導地位 [2]。根據我公司多年的實際項目使用情 況， 國產的一些傳感器與分析儀在技術指標、 可靠性、 穩定性等方面與進口的產品還有一定的差距。但是， 使用進口傳感器與分析儀除了成本較 高之外， 還存在著配件難買、 維修周期長等問題。在岸基站系統中， 體積較大的柜式化學分析儀則 基本實現了國產化， 而且產品的可靠性與穩定性 已基本趕上了進口產品的水平。
部分分析儀表的測量方法并不是很適合測量 海洋水質， 受到鹽度的影響比較大。例如大部分分析儀測量硝酸鹽或者總氮采用的是 DTPA 還原 比色法， 這種方法中 DTPA 對硝酸根離子的還原受 到鹽度的影響很大， 導致最終測量結果偏低很多。
2.2 水樣的預處理
水樣預處理的關鍵體現在過濾這一環節 [12]。按照國家標準的要求， 硝酸鹽、 亞硝酸鹽、 磷酸 鹽、 氨氮等參數的測量需要將水樣經過 0.45μm 濾膜過濾 [13]， 否則其測量會受到濁度的影響。在 浮標上采用的營養鹽傳感器配套的過濾系統存在 水泵泵管脫落甚至破裂、 濾芯堵塞等問題。岸基 站中大多采用不銹鋼燒結濾芯， 也存在濾芯堵塞、 反沖洗效果不佳或濾芯被腐蝕等問題。最終導致無法取到水樣或取到渾濁水樣， 硝酸鹽、 亞硝酸 鹽、 磷酸鹽、 氨氮等的測量結果受到很大影響。
2.3 海洋水質在線監測系統的運行維護
運行維護工作是保證系統持續穩定運行的重 要后續工作 [14]。就目前實際情況而言， 很多海洋水質監測浮標和岸基站建設完成后， 運行維護工作跟不上， 導致系統不能持續穩定運行， 故障頻 發， 監測數據斷斷續續。運維工作主要存在兩方 面的問題：一是維護人員不足， 現在浮標與岸基 站的建設數量正在迅速增長， 而且各個站點之間 的間隔往往比較遠， 這就給維護的時間、 空間上 增加了更大的壓力， 需要投入更多的人員參與系統的運行維護；二是維護從業人員的技術水平參差不 齊， 海洋水質監測系統設計的知識面比較廣， 包括化學、 電路、 控制系統、 結構等眾多專業， 對運維 人員要求比較高， 需要掌握多方面的專業知識。
三、展望
1） 政府相關主管部門積極鼓勵和引導各大科研院所、 從事相關行業的企業加大對海洋水質監 測傳感器和分析儀的研發， 提高產品的可靠性和 穩定性， 推進海洋水質監測傳感器和分析儀的國產化， 可以在很大程度上降低成本， 也有利于運 行維護工作的開展。另外，從各指標的測量方法入手， 開發出更適合海洋水質測量的傳感器及分析儀， 使監測數據更準確可靠。
2） 海洋水質監測系統在建設的同時， 應重視 水樣預處理過濾系統的設計。目前傳統的燒結濾 芯或者圓柱形的高分子材料濾芯不僅容易堵塞， 而且可能會有腐蝕， 嚴重影響過濾效果。建議采 用聚丙烯囊式折疊濾芯， 不僅過濾面積大、 出水 量大， 而且能承受較大的水壓；濾芯不易破損， 耐腐蝕。同時， 要配套設計濾芯的反沖洗系統， 保證濾芯過濾的持久性。
3） 在系統運行維護方面， 隨著項目的增加， 應適當增強運維隊伍的技術力量， 保證運維工作能夠按時跟進。對運行維護的專業人員應進行定 期培訓和考核， 實行持證上崗制度。提高系統運 行維護人員的專業技術水平， 保證系統運維工作的質量。
4） 目前海洋水質監測行業相關的規范和標準并不完善， 運行維護缺乏比較全面的指導性文件。應加強海洋水質監測行業相關規范和標準的制定與推進工作。
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