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海水饲养环境站构建

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作者:黄思源傅伟忠单位:宁波市气象网络与装备保障中心

浮台式温盐观测平台

浮台式温盐观测平台的面积为3.5×3.5m2,利用浮筒进行组装。这种组合模块式浮动平台的材质采用高分子量高密度合成塑料,具有抗腐、防冻、抗氧化、抗紫化线的强化材质,不受海水、化学品、药剂、油渍及水生物的侵蚀;无污染、不破坏环境的特性。由于韧性好,重量轻,价格低的优点,因此抗冲击性能优异,便于安装和搬运,性价比明显优于钢浮筒。筒体有较高承载力,每平方米的浮力可达350kg以上,使用寿命在15a以上。这样的平台,其观测设备的安装和日常维护也非常方便。

浮台中间设计了一个观测井,采用具有抗腐蚀耐用的高密度聚乙烯(HDPE)给水管改制,观测井管道直径0.5m,水下长度1.5m,水上部分0.5m。浸入水中部分四周和底部打孔,使得海水能够顺畅的流动。为了减少海中杂物进入到观测井中,使透水孔的孔径<0.03m,且尽量多打一些孔。用锚和不锈钢缆绳固定浮台,使得平台随着海水的潮涨潮落能在一定范围内自由浮动。

浮台式温盐观测平台的结构和安装符合《海滨观测规范》。温盐井井筒内径为0.5m,符合规范不小于0.4m的要求。由于浮台随海水的涨落而变化,所以始终能保持传感器离海面的深度基本不变。在观测井的四周密布了透水孔,保证井内外水体的自由交换。浮台的观测地点一般设置在网箱附近或围塘的中央。用于海水观测的传感器安装在温盐井内,并始终保持在海面以下0.5m的高度(平台吃水深度小于0.1m),随海面升降。浮台式温盐观测平台如图1所示。

传感器的选择

温盐观测的传感器(CTD)的品种比较多,盐度的观测都是通过测量海水的电导率经过推算而间接测得的,测量的精度能够满足实际需要。国外传感器具有智能化程度高、性能稳定、测量精度高、功耗低、信号输出有标准接口、匹配通信设备比较方便等优点。传感器固定在不锈钢支架上,尼龙绳悬挂在观测井内。支架边缘有塑料泡沫覆盖,与观测井之间形成缓冲,防止传感器撞击观测井。

本次选用的是一款小巧的高精度自动测量温度、电导的智能测量仪。它既能实时发送观测数据,又能连续存储测量数据,符合海上无线遥测要求。其数据采样频率为1Hz;塑料材料外壳抗压深度为740m;时钟精度到达±30s/a;固态存储器容量8MB,可存储400000组数据;通信采用RS-232串口,数据通信速率在:19.2~57.6KB;温度测量范围:-5~35℃,精度:±0.002℃;电导测量:0~70mS/cm精度:±0.003mS/cm,分辨率<0.0001mS/cm。

观测和记录方法

根据《海滨观测规范》的技术要求。观测点应与外海相通,传感器离水面不小于1m,要避开陆地径流和排水、排污管道、有河流和小溪的入海处以及受污染的海区。所谓表层海水温度和盐度指的是海水表面以下0.5m深处的海水温度和海水盐度。采样频率1次/s,连续采样1min,计算样本数据的平均值;整点前1min的平均值作为该整点的观测值。如果需要加密观测,可以通过远程发送指令,设定相应的观测间隔时间,如:1次/min或1次/10min。

盐度计算

海水盐度是海水含盐量的量度,是海水最重要的理化特性之一。绝对盐度是指海水中溶解物质质量与海水质量的比值,直接测量非常困难。科学家通过多年的研究,利用海水的导电性能与海水盐度相关的特性,将测量到的海水电导率通过换算得到海水的盐度。具体计算方法如下。在一个标准大气压下的15℃的环境温度中,海水样品与标准KCl溶液的电导比为:式中,C表示电导值。则该样品的实用盐度值精确地等于35,若K15≠1,则实用盐度的表达式为:实际海水的电导率与盐度、温度、压力这3个变量有关,对于海水表层的盐度观测可以近似地看作只受大气压力的作用,因此不进行气压订正。如果观测深度增加,就需要进行压力订正,从而得到更加准确的盐度数据。

温盐观测站构架

小型化的智能型温盐传感器通过电缆连接到平台上的GPRS无线通信模块,观测资料通过移动通信发送到中心站接收平台。观测系统的供电采用太阳能电源。中心站数据接收平台的软件可以远程发送指令控制观测时间间隔,调取设备状态信息,并负责数据接收和计算处理。把电导率转换为对应的盐度,将数据存入数据库。资料的显示采用表格和曲线两种形式通过网页的方式展示在气象业务平台和养殖专业户的网站上,提供实时的海水温盐监测数据,供相关人员使用。

结束语

在宁波市象山港海湾内建立的浮台式温盐观测站运行一年多,积累了丰富的温盐资料,为湾内的网箱海水养殖提供了可靠的环境分析资料。通过海水养殖专用温盐观测站设计得到以下几点体会:(1)利用新型塑料浮筒组装观测平台施工方便、快捷;平台的承载力大,有较好的抗击风浪的能力;性价比明显优于钢浮筒。(2)观测平台在海面潮涨潮落起伏大的地方,固定浮台用的锚链长度要有一定余量,保证高潮位时平台自由地漂浮在海面上。在网箱养殖区观测时可以直接将浮台固定在网箱外围,省去锚链的固定。(3)海水观测的智能传感器种类较多,需要根据实际观测要素的种类和精度选择合适的海水观测。有单要素传感器,也有多要素一体化的传感器,如:集成了温度、电导率、溶解氧、pH值等。在海水养殖中溶解氧对于水生动物有很大的影响,因此增加溶解氧和pH值的观测是必要的。(4)针对的品种不同,可以增加不同深度的观测项目,更好地反映养殖对象主要活动区的海水物化特性。(5)要定期清理观测井和观测传感器上的海生附着物,确保观测井内的海水与外界自由相同,传感器与海水保持良好的接触。

海水饲养环境站构建责任编辑:陈老师    阅读:人次