国内近几十年来 ,我国在海洋监测技术方面进行了多年的研究 ,特别是海洋监测技术 作为海洋 863的一个主题 ( 818)以及相关青年基金项目的立项和启动 ,已大大推动了我国 海洋生态环境监测技术的发展 ,但海洋环境监测技术的研究虽然一直在发展 ,但是碍于技 术、科研力量及经费问题困扰 ,海洋环境和水质污染监测技术及其核心传感器的发展远不 如国外同行 ,同时海洋环境污染监测技术的进步有赖于电子技术、计算机技术、通信技术、
1 21世纪的海洋及开发海洋监测技术的意义
在全球陆地资源日趋紧张和环境不断恶化的今天 ,世界各国纷纷将目光转向海洋 ,开 发海洋资源、发展海洋经济成为沿海国家国民经济的重要支柱 ,也是可持续发展战略的前 沿阵地。现代海洋开发带来巨大经济效益的同时 ,也带来一系列资源和生态环境问题。目 前近海渔业资源捕捞过度 ,使海洋生物资源受到了严重的破坏。 海洋环境污染日趋严重 , 生态环境也日趋恶劣。陆源污染是海洋环境污染最主要的污染源 ,石油生产也严重污染海 洋环境。 此外还有不断增加的有机物质、营养盐和大量的放射性物质进入海洋 ,工业热污 染以及其他固体物质对海洋的污染也在加强。我国海洋污染主要来源于陆源排污 ,排入中 国海域的污水和各种有毒物质的 80% 来自陆地。 70年代以前只在少数海域发生的赤潮 , 近年来发生频率逐年增加 ,面积加大 ,持续时间增大 ,损害严重。 而缓慢性的灾害如: 厄尔 尼诺、海岸侵蚀、海平面升降等灾害也频频出现 ,因此海洋环境监测技术的研究和开发显 得尤为重要。我国的海洋经济近年来得到长足的发展 ,但是海洋环境正在恶化的事实提醒 我们注意保护海洋环境。在《中国海洋 21世纪议程》中 ,已将防止、减轻和控制陆上活动对 海洋环境的污染损害 ,重点海域的环境整治与恢复 ,海洋环境污染监测能力建设 ,完善海
概括地讲 ,目前海洋环境监测仪器大体沿着两种思路发展 ,一种是直接测量法 ,即利 用传感器在水下直接测量污染参数 ; 另外一种是“微型实验室”法 ,把复杂的取样分析过程 转向小型化 ,解决目前解决不了的技术问题 ,即把目前实验室内行之有效的分析方法搬到 水下 ,研制类似于水下微型实验室的仪器 ,把海水抽到仪器内进行测定。两者相比 ,前者结 构比较简单 ,可以快速采样 ,耗电较低 ,使用起来会更加方便 ,可惜它技术上难度大 ,进入 实用阶段有一定难度。 后者则已经商品化 ,成为当前测量仪器的主流 ,如美国 YSI公司的 YSI6820型和 YSI6920型多参数水质监测仪、 HYDO L AB公司的 Dat a Sonde4型和 Mini Sonde型多参数水质监测仪等都应用离子选择电极传感器 ,可测量包括营养盐、化学耗 氧量、有机物、重金属等参数 ,但也有一些公司表示离子选择式电极虽有价值 ,但它们受周 围环境如温度、酸度、离子强度和干扰粒子的影响 ,在现场一般不如酸度和电导率可靠、准 确。另外如英国南安普敦海洋学中心研制的光学传感器可测量包括叶绿素在内多项参数 , 虽然他们采用新颖的光学方法 ,不需要消耗化学试剂 ,快速反应 ,但成品少。现在大多数测 量已采用“微型实验室”法 ,如美国蒙特雷湾水族馆 ( M BARI)研制的渗透式分析仪、德国 M E公司研制的 AP P4004型压力平衡式分析仪、英国 W. S公司研制的压力平衡 N AS— 2EN型分析仪、英国 Chelsea 仪器有限公司研制的采用流动分析技术的监测仪等 ,这些测 量仪虽然体积大、结构复杂 ,但是他们自成体系 ,参数测量准确、可靠 ,美国、德国、挪威、俄 罗斯在浮标上加装的海洋环境和水质污染监测仪器多数是采用这种方式。
± 0. 05℃ ± 0. 1pH ± 0. 02ppm ± 0. 05ms /cm ± 2% F. S
标准型± 1℃ (分辨率 ) ± 0. 1pH ± 0. 1mg / L ± 0. 1% 0～ 1: ± 0. 01( m s /cm ) 1～ 10: ± 0. 1 10～ 100: ± 1 ± 10NTV
活度四位连续十进制
± 0. 1℃ ± 5% F. S ± 0. 002% ± 0. 02V ± 1Bq + 1～ 计算机值的 2%
第 3期
刘 岩等: 海洋环境监测技术综述
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表 1所示是海洋环境监测技术的具体概况。 根据表 1我们可看出现场海洋环境监测 技术已广为使用 ,这些技术主要应用的污染监测传感器多数只有 p H、 Do、浊度、盐度等几 项 ,另外一些标志海洋环境和水质污染程度的传感器还在完善、研究与试验中 ,如放射性、 叶绿素 a、藻类、化学耗氧量、悬浮物、浮游生物、有机物、重金属等传感器正在开发。
摘要: 本文结合国际、国内生态环境监测技术水平及发 展趋势的讨论 ,论述了海洋监测技术对 于社会发 展和经济建设的必 要性和重要性及世界 各海洋国家在此方 面所做的大量 工作和所 取得的成 功经验 ,同时 又对国内近几十年 来海洋监测技术的 发展做了概括 ,客观翔 实的提出 了与国外 的差距和不足 ,尤其针对我省海 洋监测技术做了现 状分析 ,提 出了发展海 洋监测技 术的框架和建议。 关 键 词: 海洋环境监测技术 ;海洋经济 ;可持续发展 ;建议 中图分类号: X 832 文献 标识码: A
± 0. 2℃ ± 0. 1pH ± 1ppm ± 1ppm
± 0. 05℃ ± 1% F. S ± 1. 5% F. S% ± 0. 2% F. S ± 1% F. S
± 0. 05℃ ± 0. 04pH ± 0. 2ppm ± 0. 12mΨ /cm
温度
Do 盐度 光束透射率 放射性营养盐
- 5～ 40℃ 0～ 19mg / L 2～ 4% - 5～ 5V 高 于警 戒水 平的 本底放 射性
收稿日期: 2001-04-21 作者简介: 刘岩 ( 1972-) , 从事海洋环境污染监测技术的研究 ,尤其在海洋环境污染监测传感器方面研究比较深入。
第 3期
刘 岩等: 海洋环境监测技术综述
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洋环境保护法律制度等方面提到日程上来了。如何保持海洋经济快速发展的同时 ,海洋生 态环境不会进一步恶化 ,而且使某些海域的环境质量在一定程度上有所改变 ; 如何加强海 洋灾害要素成因机制和相互作用研究、提高预报技术和水平用于预防和减轻海洋灾害 ,以 缓解海洋经济发展与环境之间的矛盾是我们在新世纪初必须面对和解决的问题。
海洋环境监测技术是海洋资源开发的技术支撑。 海洋渔业和养殖业等海洋经济产业 对海洋环境有很强的依赖性 ,准确的海洋环境数据和预报将获得显著的经济效益。加速发 展海洋环境监测技术对提高海洋灾害预警能力和防灾减灾具有重要的意义。 发展海洋监 测技术 ,才能实时有效的获得海洋环境数据。国内外都在积极研究环境和生态监测技术以 求全面了解和掌握多介质海洋环境的综合质量状况及其变化规律 ,为海洋经济发展和资 源开发提供更及时、有效的服务。
2 国内外海洋环境技术的现 状
随着海洋开发和陆地污染物的增加 ,海洋环境的保护越来越引起各国的重视 ,海洋环 境监测技术的研究和开发得到喜人的进展。 目前监测的物质和主要的参数有:
1. 海洋水文气象参数: 风速、方向、流速、流向、气温、水温、气压、波浪等。 2. 水质生物状态参数: 溶剂氧、 pH值、盐度、化学耗氧量、叶绿素 a 含量、有机物、酚 含量等。 3. 物理化学参数: 各种营养盐 (硝酸盐、亚硝酸盐、磷酸盐等 )、各种重金属等。 4. 核辐射 环境污染监测技术包括: 化学监测技术、物理监测技术、生物监测技术等。海洋环境监 测技术长期以来主要是通过现场取样和在实验室内进行化学分析的方法监测各种有害物 质 ,但是面对海洋污染现状的复杂性 ,要求必须对海洋水质污染的重要参数如温度、 pH、 Do、盐度、浊度等进行现场综合的自动、长期、连续的监测 , 才能研究它们之间的函数关 系 ,探索海水的细微结构及海洋污染程度。现场海洋环境监测技术的研究和应用因此得到 了各国的重视。早在 60年代末 ,国外已相继开发海洋污染监测技术 , 70年代末 ,国际和区 域间已经进行过多项海洋污染调查和监测计划 ,污染传感器和污染监测技术有了较大进 展 ,污染监测自动化技术已发展到较高水平。美国、日本、法国、挪威、俄罗期等国相继研制 了用于现场污染监测的温度、盐度、 pH、 Do、浊度等传感器 ,用于监测海洋污染的其它参数 传感器如叶绿素 a、营养盐、放射性、有机物、重金属等的研制也已有了很大进展。 美国、挪 威 、俄罗 斯 等国 家也 已 发展 了水 质污 染 监测 浮 标来 监 测港 口、 海 湾、河 流 入海 口 的 污染 状 况。同时 ,为了提高现有的水文气象浮标的利用率 ,研究污染与水文气象环境的关系 ,又在 水文气象浮标上 加装了水质监测传感器 ,成为 了水文气象水质污染 监测浮标 ,如美国 EB52型浮标、生态浮标 ,挪威 T OBIS浮标 ,俄罗斯 ACK-300浮标都进行了海洋环境污染 监测方面的改进。 见表 1。
电导率 浊度
温度 pH Do
电导率 浊度
测量范围
- 5～ 45℃ 2～ 12p H 0～ 20ppm 0～ 65ms / cm 0～ 100% (透明度过 )
- 10～ 40℃ 2～ 12p H 0～ 20ppm 0～ 75mΨ / cm 0～ 100% (透明度过 )
- 5～ 40℃ 2～ 12p H 0～ 20ppm 2. 5～ 35ms / cm 0～ 100% (透明度过 )
温度 pH Do
浊度
温度 pH Do
电导率 浊度
温度 pH Do
电导率
0～ 35℃ 2～ 12p H 0～ 20ppm 0～ 100ppm
- 2～ 30℃ 5～ 9p H 0～ 14ppm 0～ 60mΨ / cm 0～ 200ppm
- 2～ 30℃ 5～ 9p H 0～ 14ppm 0～ 60mΨ / cm
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山 东 科 学
20 01 年
国家
美 国
日 本
德 国
挪 威
名称 500型现场监测
系统
水质监测浮标
水质垂直分布 自动测量浮标