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陆水空天决胜水华质应急监测——浅析多层次水华监测体系构建

水源守护者

2012/11/03
色谱

实验室建设

陆水空天决胜水华质应急监测——浅析多层次水华监测体系构建

水华监测是环境监测部门的重点任务之一。这一点在太湖蓝藻爆发后尤其得到重视。目前由于环境监管的滞后性，很多水域存在较严重的水体富营养化问题。尤其是南方的一些小水体，发生水华的概率比较大。对于我们监测部门来说，发生水华时的首要任务就是合理组织人力物力进行多手段应急监测，及时为环境管理部门的科学决策提供全面准确的监测信息。

经过相关文献资料的查阅以及对国内外相关部门的调研考察，本人初步总结了现今以及不远的未来国内水华应急监测所可能采用的技术手段和分析策略。简而言之，就是陆水空天多角度全方位的一个监测体系构建。

一、陆上水华监测体系构建

陆上的水华监测体系是目前基建较完整，使用频率较高，手段较丰富的水华监测力量。陆上的水华监测体系可以涵盖敏感水域图像监控系统、水华分析体系、实验室水华模拟研究体系、实验室水华预测决策系统四大块

1.敏感水域图像监控系统

敏感水域图像监控系统的原理非常简单，是由一组带夜视、防雾功能的高清摄像头组成。整个系统看上去优点类似交通指挥中心的监控系统。

☆无线高清摄像头

☆这个是武汉的一个重点水域监控系统（目的不同，但我们的组件可以一样的）

☆网络拓扑结构

2.水华实验分析体系

陆地的水华实验分析体系按照实验流程和配置仪器的差异，可以分为现场便携式仪器分析、车载实验系统分析、实验室后续分析三部分。

2.1 现场便携式仪器分析

便携式仪器由于其携带方便、分析速度快，在水华应急监测中发挥着重要的作用。

☆代表仪器：五星级神机——叶绿素荧光仪

☆流式细胞仪。藻类分类用

2.2 车载实验系统分析

对于距离中心实验室较远，且电力供应困难的区域，车载实验系统为分析人员提供了一个临时实验分析的工作场所。其自带的小型发电系统解决了部分设备需要野外用电的问题。

☆水质应急监测车（图片来自网络）

☆便携式光度计。本来是可以不放车上的，没配置电池，没办法，只能用交流电了。不过如果做总磷总氮，电源是必须的。

2.3 实验室后续分析

由于不受空间大小、设备重量、仪器抗震性、电力依赖度等条件限制，实验室的后续分析工作从仪器配置上可以说较前两者都要丰富，其精度也更高。

☆HPLC-MS。做藻毒素用这个。目前有快速分析方法，不过不是国标，对于1.0μg/L来说的标准足够用了。方法检出限能做到0.1μg/L

3.实验室水华模拟研究体系

实验室的水华模拟研究是为了了解各种水华藻种的生理生态习性以及分析各种处理方案对水华消亡或演替的影响。为更好地进行水华模拟分析实验，实验室一般需要配置藻类分析的相关实验设备（这些设备一般在水华实验分析体系中就已配置的差不多了）和藻类培养、保存设施。

☆光照培养箱，模拟光暗比等外界条件。

☆这个是上面的设置。可以设置光照和黑暗时的光照度、温度。如果觉得还太亮，可以拔掉几个灯管。

4.实验室水华预测决策系统

从时间轴上看，预测技术正一步一步地走向成熟。从开始的线性模型，到非线性模型，再到而今的BP神经网络模型和遗传算法，可见预测技术正一步步走向成熟，预测的精度也随着新数学工具的产生而进一步提高。不过目前还没有一种非常有效预知水华走势的预测技术。神经网络模型虽然在一定程度上能对未来的趋势做出判断，但从系统论角度，其应用受到很大局限，特别是其模型的不可见性以及分析指标的不完整性，大大增加了预测失误的比率。而光量子产率作为光合作用的一个直接特征指标，在很大程度上提前决定了藻类增殖量的走势，所以未来其可能作为判断水华发展的主要辅助指标之一。

随着模糊数学的进一步发展，越来越多的数学工具被创造出来，神经网络模型也会一步步地优化、演变，从而使预测值更接近真实情况。

☆这个是我们正在开发的预测系统，正在模拟预测。

二、水中水华监测体系构建

水中的水华监测体系主要包括了船载移动分析系统和自动浮标站两大部分。

1.船载移动分析系统

由于我国很多敏感水域的水域面积较小，呈散状分布，所以目前我国淡水水域中的大型监测用船不是很多，所以船载移动分析系统配置相对少。船载的移动分析系统其实和陆上的类似，也包括一些常用便携式设备和小型实验室设备。

☆图为长江上的环境监测船，被誉为最先进的环境监测船。就是油费比较贵

2.自动浮标站

自动浮标站也是近年来流行起来的监测手段。其以浮岛/浮筒为载体，以太阳能作为主要能源，搭载自动分析探头和设备，再配以无线传输系统，将数据实时传输到用户的接受终端，实现水华自动监测目的。目前，自动浮标站主要分析的指标有pH、DO、水温、气温、气压、硝酸盐氮、氨氮、叶绿素a、蓝绿藻等。随着技术的发展和普及，将来在线实时定量PCR将可能在浮标站得到推广，这为有害藻的自动分析提供了新的技术手段。

☆自动监测浮标站。也是无线发射数据的。

☆产毒藻在线监测系统，美国产的。原理是PCR，只不过能在水下自动进行分析。

三、空中的水华监测体系构建

空中的监测主要是通过飞机的低空航拍来获得大尺度水华信息。这种低空监测避免了云层对拍摄的干扰，同时也不受道路和航道的影响。该监测手段目前已正式在太湖的蓝藻监测中率先使用。其先进的无人机监测系统在太湖的大水域监测中起到了重要作用。

☆无人机用于环境监测，将解决诸多问题。

四、太空的水华监测体系构建

所谓的太空水华监测手段，主要是依靠卫星遥感。通过遥感图像分析和解译，在大尺度绿素解译仍然存在很大难度。此外，由于受到云层、雾霾等因素的影响，目前解译的精度还不高。不过随着技术的发展，这种大尺度的监控必将会得到更多的应用。

☆遥感监测下的太湖水华。大尺度，全面解析水华动态

以上只是本人的一个建设方向的构想。尽量做到大而全。但也应该因地制宜地根据实际情况调整。非官方发布，不要对号入座。有这类建设需求的可以参考。

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该帖子已被版主-官人|云飘飘加20积分，加2经验;加分理由:热心原创

相关话题

zsj201204

第1楼2012/11/03

陆上靠摄像头可行？

0

qlmkk

第2楼2012/11/03

想法很好，关键在于落实

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水源守护者

第3楼2012/11/03

这个主要放在敏感水域边上，比如取水口、水华风险大的湖湾等，只是想法
zsj201204(zsj201204) 发表:陆上靠摄像头可行？

0

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该帖子已被版主-加30积分，加2经验;加分理由:原创写的不错，多加点分鼓励下

水源守护者

第4楼2012/11/03

对，落实的话需要很多人力物力。
不过我这里只是从大的方面提出个构想，不是成熟的东西。既然是构想，我就希望能尽可能覆盖目前已有的技术和未来可能在此领域内使用的技术。纯技术帖，不涉及政治，呵呵
qlmkk(qlmkk) 发表:想法很好，关键在于落实

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该帖子已被版主-加30积分，加2经验;加分理由:不能加精了，就多加点分奖励下吧

minhf

第5楼2012/11/04

环境监测都能用上无人机了,真是先进!

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水源守护者

第6楼2012/11/04

呵呵，工具设计出来本来就是要为人所用的嘛，从这点说用无人机也不算太惊世骇俗

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该帖子已被版主-加20积分，加2经验;加分理由:我的目标是原创好的，奖励一百分

yuduoling

第7楼2012/11/04

水陆空，全方位监测了

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qlmkk

第8楼2012/11/04

党指挥枪。在国内，离开了政治谈技术，是没有意义的。
水源守护者(54943110) 发表:对，落实的话需要很多人力物力。
不过我这里只是从大的方面提出个构想，不是成熟的东西。既然是构想，我就希望能尽可能覆盖目前已有的技术和未来可能在此领域内使用的技术。纯技术帖，不涉及政治，呵呵

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小虾米

第9楼2012/11/20

能不能弄成个在线检测的啊？

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水源守护者

第10楼2012/11/21

在线只是其中一块内容，文中有提到的

不过整个体系来说，在线不是全部

毕竟在线的仪器只能是N个点，在目前的条件下，经济可行性差了点，只能在重点水域安装。

在线的我们也已经装了几个水库了，投资不少，但是毕竟只是点的东西，不能概况全貌的。

而且水华的发生可能是在某些浅水湖湾上，这种地方一般不安装在线的（代表性差），此时就需要其他技术手段了
小虾米(wuxia330) 发表:
能不能弄成个在线检测的啊？

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