垂直剖面探测技术推动水生环境监测发展

垂直剖面探测技术推动水生环境监测发展

依托垂直剖面探测技术 推动水生环境监测发展

水是地球最重要的资源之一，然而水面之下却是一个瞬息万变、往往难以被透彻认知的环境。从温度变化到营养盐波动，再到溶氧量的改变，这些无形的变化会对水生生态系统、水质以及生物多样性产生深远影响。

在过去的一个世纪里，人类为探明这些变化规律研发出了各类分析仪器。这些设备能够对水体进行垂向剖面探测，为相关数据采集增添了全新维度。监测手段也从早期简陋的人工工具（如配备颠倒温度计的采水瓶），逐步发展为搭载光学传感器的现代多参数水质分析仪，可对浊度、叶绿素、蓝藻等指标进行精准检测。

左图：颠倒温度计通过 180 度翻转（即 “颠倒"）的方式，测定特定水层的温度。翻转动作会使水银柱断裂，从而在仪器被取回水面的过程中，保留住测温时的读数。图片来源：加州大学，《海洋：物理、化学与普通生物学》。

右图：研究人员手持一台赛莱默采水器。这是一种可采集特定水层水样的圆柱状装置，供实验室分析使用。图片来源：美国地质调查局

左图：一台由YSI生产的现代化自主式垂直剖面分析仪，安装于水库取水构筑物之上，前景位置配有一台 EXO3 型多参数水质分析仪。

右图：搭载于剖面分析仪的YSI EXO3 型多参数水质分析仪，其上集成了多组水质传感器。

水质剖面监测对于饮用水水库的水处理决策至关重要，因其直接影响水处理工艺的效率与效果。无论部署于湖泊、水库、河口还是近岸海域，这套的监测系统都能以的便捷性，助力环境健康状况追踪、环境变化早期迹象识别，以及循证决策的制定。

匠心打造，稳定可靠

YSI垂直剖面监测系统 是一款维护便捷、经济实用的监测设备，可采集整个水体剖面的关键数据。它为科研人员、环境管理人员以及生态保护工作者提供所需的监测洞见，助力淡水与海洋生态环境的保护和维护工作。

配图说明：美国科罗拉多河上搭载 YSI 浮筒式垂直剖面监测系统的监测平台，背景为胡佛水坝。

该系统的机械与结构部件坚固耐用，同时支持随新技术迭代轻松完成系统升级。YSI EXO 多参数水质分析仪由 12V 电池供电，可通过电源插座或多块太阳能电池板充电。双电池供电设计，再搭配太阳能电池板升级组件，能够满足高纬度地区的运行需求。

整套监测系统以一台高性能科研级数据记录仪为核心。这款控制设备能够以高性价比的方式，打通数据采集与本地决策之间的链路。该数据记录仪不仅坚固可靠，适用于长期数据记录，还具备操作简便、易于配置和维护的特点，且为关键的是，它的功耗极低。

数据记录仪与 YSI EXO 多参数水质分析仪之间，通过一根内置芳纶纤维增强芯的通信线缆实现连接。这种线缆兼具超高耐用性与轻量化特性，芳纶纤维这一合成纤维材料同样被应用于遥控潜水器（ROV）的制造。EXO 多参数水质分析仪可搭载各类传感器，包括适用于各类水库剖面监测的 NitraLED 光学硝酸盐传感器。

通过加装第二台数据记录仪，该系统可进一步拓展功能，以接驳更多传感器。可选配的传感器类型包括：用于监测气温、湿度、风速、降雨量和太阳辐照度的气象仪器；碳氢化合物传感器；藻类光学检测传感器；以及视频摄像系统。浮筒式分析仪可通过甲板开孔或船头滚轮，搭载悬挂于平台的各类环境传感器，也可将传感器安装在 3 米长的桅杆之上。浮标式分析仪同样可配备船头滚轮与桅杆，用于安装各类传感器，满足不同场景的应用需求。

配图说明：搭载藻类监测实验型光学传感器的 YSI 浮筒式垂直剖面分析仪（左图及中图），以及配备各类气象传感器的同款分析仪（右图）。

因地制宜，灵活部署

YSI EXO 多参数水质分析仪采用模块化设计，可灵活安装于各类固定设施（如码头、栈桥、水坝）及浮动平台之上。

配图说明：位于美国俄克拉荷马州尼奥肖河格兰德河水坝附近的 YSI 浮标式垂直剖面监测系统。

面对复杂严苛的部署场景，需为绞车安装及通信线缆导向制定创新解决方案。在高流速水域环境中，可能需要在整个水体剖面内对 EXO 多参数水质分析仪及线缆进行导向与防护。下图展示了静水井与缆控滑橇组合解决方案。

配图说明：左图 —— 搭载于滑橇并配备线缆导向装置的 EXO3 型多参数水质分析仪；右图 —— 由固定式结构静水井防护的 EXO3 型多参数水质分析仪。

根据部署地点及数据安全要求，选择最适配的通信方式至关重要。EXO分析仪可灵活选配多种通信模块：既支持通过以太网接入本地网络，也可搭载无线电、蜂窝网络通信模块；针对超偏远地区的应用场景，还能配备卫星通信模块。

YSI 浮筒式与浮标式监测系统已在各类复杂严苛环境中成功完成部署与运行，例如常年遭遇强风的高海拔水库、以及水位波动剧烈的水库。浮筒的标准两点系泊方案可升级为四点系泊系统；针对水位大幅变化的水域，可采用滑轮配重自动调节系泊系统，确保设备始终处于最佳监测位置。浮筒式监测平台的一大优势在于，其平台空间足以舒适容纳两名工作人员开展设备维护作业，从而提升现场运维的安全性。

配图说明：YSI 浮筒式垂直剖面监测系统 —— 一款可搭载各类传感器、且能为工作人员提供充足操作空间的稳定监测平台（拍摄地点：美国俄勒冈州比弗水坝）。

随着人类对高精度、实时水质数据的需求持续增长，YSI 垂直剖面监测系统这类设备已成为科研与业务化监测领域的工具。凭借其模块化设计、稳定可靠的性能、以及对恶劣偏远环境的强大适应性，该系统堪称水生环境监测领域的一项重大技术突破。无论是为饮用水安全保障、生态研究工作提供数据支撑，还是助力气候韧性建设，这套系统都能为用户提供关键监测洞见，助力水生生态系统的当下守护与长远发展。