臺州市近岸海域在線監測系統的構建與應用

孫標

臺州市水產技術推廣總站 浙江 臺州 318000

1 系統項目背景

臺州市是位于浙江省沿海中部的海洋大市，有6個沿海縣市區瀕臨東海，管轄海域面積約6910平方公里，大陸海岸線約長726公里；島嶼921個，其中無居民海島894個，海島岸線長約870公里。臺州市是全國漁業大市，也是漁港大市，全市共有各類漁船5000余艘，漁港及漁業港區44處，其中國家中心漁港和一級漁港各3座。近年來，隨著臺州區域經濟的快速發展，沿海區域進行了超幅度的利用開發，導致大量的廢棄污染物流入大海，由此引發了海水水質惡化、赤潮多發等一系列問題，對當地的社會經濟可持續發展產生了一定程度的影響。2010年，浙江省全面啟動近岸海域浮標在線監測系統建設工程，椒江大陳被納入首批試點，進而推進了臺州近岸海域在線監測系統的全海域布設工程[1]。

2 系統建設

臺州市從2010年開始啟動近岸海域在線監測系統的建設，于2012年8月在臺州灣大陳海域布放了第一個浮標（型號：FSH2000-1B），2012年12月在大陳海域全面建成了臺州市第一套生態浮標在線監測系統，實現對大陳海域水文氣象、常規水質和營養鹽等19個參數的長期、連續、自動監測。

2012年開始在樂清灣溫嶺濱海旅游區海域開展海濱浮標在線監測系統的建設，2013年8月開始在溫嶺海域布放海濱浮標（型號：FHS1200），2014年4月建成了臺州市第一套海濱浮標在線監測系統，實現對溫嶺濱海旅游區海域水文氣象和常規水質等15個參數的長期、連續、自動監測。

2014年開始在三門灣海域開展生態浮標在線監測系統的建設，2015年8月開始在三門灣海域布放生態浮標（型號：FHS3000），2015年12月全面建成系統，實現對三門灣養殖區海域水文氣象和常規水質等19個參數的長期、連續、自動監測。

2019年開始在樂清灣玉環國家海洋公園海域開展生態浮標系統建設，2019年12月在披山海域布放浮標（型號：FSH-2000），并全面建成系統，實現對樂清灣玉環海域水文氣象和常規水質等15個參數的長期、連續、自動監測。

截至目前，臺州市已建成覆蓋臺州灣、樂清灣、三門灣等三灣海域的在線監測系統。在線監測系統包括海上自動監測浮標系統、數字化監控平臺、在線監測與信息管理系統等。

2.1 海上浮標

目前，臺州市投建完成并持續有效運行的浮標設備共有4套，其中生態浮標3套，海濱浮標1套。自投入使用后，全市4套浮標系統基本穩定運行，除了極端天氣進行浮標拖回等應急處理外，其他時候浮標錨系牢固，運用GPS定位系統能準確定位到浮標布放點，并保障在線數據的傳輸穩定。監測參數覆蓋了海水水質、氣象、營養鹽、磷酸鹽、光照、紫外線等參數[2]。

2.2 監控平臺

為實現對全市已投放的浮標在線監測數據的監控、分析，臺州市構建了市、縣兩級平臺，用以實現海洋在線監測系統的數字化運用。包括市本級監控分析平臺1個，縣（市、區）級平臺4個。

為保障臺州市在線監測系統數字化監控平臺的業務化運行管理，保證正常接收的實時在線監測數據質量，臺州市嚴格執行《浙江省近岸海域浮標在線監測系統數字化監控平臺管理制度（試行）》。2014年以來，針對浮標監控值班采取專人專管的方式，進行浮標監測數據的每日監控，并作定時記錄，一旦在浮標監控值守過程發現數據浮動劇烈、數據缺失、浮標走位、葉綠素上升明顯等異常情況，根據規定及時采取應急措施，并向省廳、系統維護方等相關單位進行通報。

2.3 室外LED大屏

在溫嶺釣浜建設了室外LED大屏的數據發布系統，根據實時數據進行溫嶺海濱浮標在線監測數據及預警信息的發布，并及時推送海洋相關政策、通知等，主要用于指導所在地濱海旅游相關事宜。通過委托管理，確保LED大屏信息發布系統實時有效，確保其發布的相關信息流暢、規范。

2.4 海洋環境在線監測系統

臺州市4套在線監測浮標集成于海洋環境在線監測系統，納入杭州應用聲學研究所開發的全省浮標運維管理平臺，并進行后臺運維管理，省、市、縣三級擁有不同管理權限，具有實時監控、診斷、數據采集、預警信息、浮標管理、GPS信息、統計分析、報表生成等功能。通過監控系統中相關臨界值功能模塊的設置，實現對系統中各項異常情況的實時監控，包括電源故障、內艙進水、數據異常、浮標移位等，并通過發送短信對有關人員進行報警提醒。在監控軟件的預警信息功能模塊里設置了歷史查詢功能，能回溯近期發生的異常情況，分類別分區間查看警報訊息[3]。

3 運行維護

3.1 浮標監測數據接收率、有效率

監測數據接收率=100%×（實際接收到的監測數據個數–測試期間數據個數–船撞期間數據個數–臺風故障期間數據個數）/（根據測量周期計算的應接收的現場設備測量數據個數–測試數據個數–船撞期間數據個數–臺風故障期間數據個數）。監測數據有效率=100%×（實際接收到的監測數據個數–測試期間數據個數–船撞期間數據個數–臺風故障期間數據個數）/（根據測量周期計算的應接收的現場設備測量數據個數–測試數據個數–船撞期間數據個數–臺風故障期間數據個數）。經統計，自大陳生態浮標、溫嶺海濱浮標、三門灣生態浮標、玉環生態浮標等四套在線監測系統建成以來，監測數據接收率都達到92%以上，監測數據有效率都達到90%以上，高于項目維護運行中設定的意向目標值[4]。

3.2 浮標數據比對

在進行生態浮標投放前，需要對設備進行多次的測試、校對，為保障浮標監測數據的準確度和精確度，還需要進行數據質控。常規并廣泛實施的數據質量控制方法是開展比對監測和偏差分析，也就是浮標監測與人工現場監測同時進行，再將兩套數據進行偏差分析。自第一個生態浮標布投開始，臺州市就嚴格執行相關文件要求，在接連經歷實驗室改革、機構改革的情況下，繼續推進保障數據比對工作，共組織實施浮標在線監測系統的比對監測100多航次。比對參數包括水溫、pH、鹽度、溶解氧、亞硝酸鹽、硝酸鹽、氨、磷酸鹽、葉綠素、濁度等10項參數，共獲取數據4000余組。

3.3 浮標系統運行維護

生態浮標系統、傳感器長期受到惡劣的海域環境影響，其精準度及相關參數會產生一定程度的偏離。為了確保自動監測浮標系統正常運行，省廳每年撥付浮標運維專項資金，對浮標布放水域實施全天候實時監控，并將生成的監測數據、視頻圖像通過電腦平臺、專用通信網絡傳輸到所屬監測部門的監控設備上。運行維護工作主要涉及傳感器、岸站接收系統、浮標體及錨系三大部分，主要包括日巡視、日常維護、應急維護、年度維護及維修更新等[5]。

4 成果應用

項目建設以來，臺州市近岸海域在線監測系統每隔15分鐘可以獲取氣象、高度等參數的監測數據，每隔1小時可以獲取水質的監測數據，每隔4小時可以獲取營養鹽的監測數據，自2012年至今，獲取了海量在線監測數據。如何利用好、發揮好這些海量數據的作用，成為我市近年以來的工作重點和難點。近10年來，東海、南海、黃海、渤海等四大海域所在的如浙江、上海、廣東、廣西、海南、山東、河北等沿海省份，陸續都在當地所屬海域投放了水質在線監測浮標，也一定程度上開展了監測數據的應用研究，主要應用于前期的赤潮監測預警報。臺州市長期跟進探究在線監測數據的開發與成果應用，目前初步應用于濱海旅游區LED大屏實時數據發布和赤潮前期預警報。

4.1 溫嶺濱海旅游區LED大屏實時數據發布

溫嶺釣浜的室外LED大屏是發布實時當地濱海旅游區的海洋監測數據及預警信息最直接最便捷的窗口。其原理主要是利用海濱浮標獲取的水溫、鹽度、濁度、pH、DO和葉綠素a等數據，對照附近海洋觀測站點的波浪數據，初步形成海濱浮標在線監測數據應用產品，并進行實時發布[6]。

4.2 赤潮前期預警報

赤潮是一種海洋生態異常的現象，它是由赤潮藻在一定的海洋環境條件下急速增長繁殖而形成的，臺州海域常見的赤潮藻類為東海原甲藻、米氏凱倫藻等。通過近幾年的海洋觀測來看，浙江省近岸海域赤潮發生的頻次未見減少，因此做好赤潮監視監測工作，是當前海洋生態預警工作的重點。根據對臺州海域赤潮頻發期相關數據的分析，需要重點關注赤潮發生的兩個關鍵條件：一是關鍵水質指標的臨界值是否已經超出；二是關鍵的海水水質指標是否出現上下幅度較大的情況。初步搭建起由葉綠素、溶解氧飽和度、pH和天氣狀況等重要指標組成的海域赤潮預警體系框架，確定相應的臨界值，并結合省廳的衛星研判，開展赤潮前期預警工作[7]。

5 結束語

本文主要講述了臺州市海洋水質浮標在線監測系統浮標系統建設、監控平臺建設、信息管理系統建設和運行維護管理方面的內容，并介紹了海洋浮標監測數據的初步應用。自2012年8月至今，臺州全市海域陸續投放了4套浮標。近十年來，海洋在線監測浮標系統的運行愈發穩定，相關功能逐步升級完善，這表示使用海洋水質監測浮標對特定海域開展實時在線監測是具有可行性的。

臺州市近岸海域在線監測系統建設全面實現了由瞬時監測、定期監測向過程監測、動態監測的提升，實現了海洋環境由現狀描述到趨勢評價與預測的跨越。運用在線監測系統長期、連續、準確的監測數據，為臺州市、縣兩級海洋生態預警預報、海洋防災減災決策提供了依據，也積累了海量的監測資料，為后續的進一步利用沉淀了深厚的底蘊，該項目建設取得了一定的社會生態效益。

今后，近岸海域在線監測系統的建設將不斷細化深入，浮標監測數據必將發揮更大的作用。而要進一步發揮好在線監測系統的作用，關鍵難題是浮標傳感器技術，重點問題是浮標監測數據的質量控制，最后的目標就是推進浮標監測數據的實踐應用。