垂直剖面探測技術推動水生環境監測發展

依托垂直剖面探測技術 推動水生環境監測發展

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境。從溫度變化到營養鹽波動，再到溶氧量的改變，這些無形的變化會對水生生態系統、水質以及生物多樣性產生深遠影響。

在過去的一個世紀里，人類為探明這些變化規律研發出了各類分析儀器。這些設備能夠對水體進行垂向剖面探測，為相關數據采集增添了全新維度。監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），逐步發展為搭載光學傳感器的現代多參數水質分析儀，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（即 “顛倒"）的方式，測定特定水層的溫度。翻轉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。圖片來源：加州大學，《海洋：物理、化學與普通生物學》。

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：美國地質調查局

左圖：一臺由YSI生產的現代化自主式垂直剖面分析儀，安裝于水庫取水構筑物之上，前景位置配有一臺 EXO3 型多參數水質分析儀。

右圖：搭載于剖面分析儀的YSI EXO3 型多參數水質分析儀，其上集成了多組水質傳感器。

水質剖面監測對于飲用水水庫的水處理決策至關重要，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，這套的監測系統都能以的便捷性，助力環境健康狀況追蹤、環境變化早期跡象識別，以及循證決策的制定。

匠心打造，穩定可靠

YSI垂直剖面監測系統 是一款維護便捷、經濟實用的監測設備，可采集整個水體剖面的關鍵數據。它為科研人員、環境管理人員以及生態保護工作者提供所需的監測洞見，助力淡水與海洋生態環境的保護和維護工作。

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

該系統的機械與結構部件堅固耐用，同時支持隨新技術迭代輕松完成系統升級。YSI EXO 多參數水質分析儀由 12V 電池供電，可通過電源插座或多塊太陽能電池板充電。雙電池供電設計，再搭配太陽能電池板升級組件，能夠滿足高緯度地區的運行需求。

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

數據記錄儀與 YSI EXO 多參數水質分析儀之間，通過一根內置芳綸纖維增強芯的通信線纜實現連接。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用于遙控潛水器（ROV）的制造。EXO 多參數水質分析儀可搭載各類傳感器，包括適用于各類水庫剖面監測的 NitraLED 光學硝酸鹽傳感器。

通過加裝第二臺數據記錄儀，該系統可進一步拓展功能，以接駁更多傳感器。可選配的傳感器類型包括：用于監測氣溫、濕度、風速、降雨量和太陽輻照度的氣象儀器；碳氫化合物傳感器；藻類光學檢測傳感器；以及視頻攝像系統。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，滿足不同場景的應用需求。

配圖說明：搭載藻類監測實驗型光學傳感器的 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 多參數水質分析儀采用模塊化設計，可靈活安裝于各類固定設施（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 浮標式垂直剖面監測系統。

面對復雜嚴苛的部署場景，需為絞車安裝及通信線纜導向制定創新解決方案。在高流速水域環境中，可能需要在整個水體剖面內對 EXO 多參數水質分析儀及線纜進行導向與防護。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向裝置的 EXO3 型多參數水質分析儀；右圖 —— 由固定式結構靜水井防護的 EXO3 型多參數水質分析儀。

根據部署地點及數據安全要求，選擇最適配的通信方式至關重要。EXO分析儀可靈活選配多種通信模塊：既支持通過以太網接入本地網絡，也可搭載無線電、蜂窩網絡通信模塊；針對超偏遠地區的應用場景，還能配備衛星通信模塊。

YSI 浮筒式與浮標式監測系統已在各類復雜嚴苛環境中成功完成部署與運行，例如常年遭遇強風的高海拔水庫、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；針對水位大幅變化的水域，可采用滑輪配重自動調節系泊系統，確保設備始終處于最佳監測位置。浮筒式監測平臺的一大優勢在于，其平臺空間足以舒適容納兩名工作人員開展設備維護作業，從而提升現場運維的安全性。

配圖說明：YSI 浮筒式垂直剖面監測系統 —— 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定監測平臺（拍攝地點：美國俄勒岡州比弗水壩）。

隨著人類對高精度、實時水質數據的需求持續增長，YSI 垂直剖面監測系統這類設備已成為科研與業務化監測領域的工具。憑借其模塊化設計、穩定可靠的性能、以及對惡劣偏遠環境的*適應性，該系統堪稱水生環境監測領域的一項重大技術突破。無論是為飲用水安全保障、生態研究工作提供數據支撐，還是助力氣候韌性建設，這套系統都能為用戶提供關鍵監測洞見，助力水生生態系統的當下守護與長遠發展。