巢湖漂浮式浮标与定点平台式浮标优缺点浅析

2023-03-08

浮标是一种用于获取气象、水文、水质、生态、动力等参数的自动化监测平台, 它是随着科技发展和环境监测、预报的需要而迅速发展起来的新型环境监测设备, 具有长期、连续、全天候自动观测等优点, 对水质预报、防灾防害、水面经济活动等具有重大意义, 因此受到世界各国的极大重视和大力发展[1]。

目前, 浮标主要有漂浮式 (又称易布放回收式) 浮标和定点平台式浮标两大类。本文就巢湖湖面上已布放的漂浮式浮标和定点平台式浮标进行对比, 通过它们的运行情况及遇到的问题对两种浮标的优缺点进行分析。

1 漂浮式浮标与定点平台式浮标简介

1.1 漂浮式浮标简介

巢湖上布放的漂浮式浮标主要由浮标、监测传感器、供电设备、采集传输控制设备、防护设备、锚系设备和垂直剖面系统等组成。同时, 为了更好地反映和预测藻类污染, 浮标上可以配置气象传感器, 加上立杆式视频图像监控, 可有效提升整个监控系统的综合分析及预警能力。

浮标应由浮体、支架、防撞装置、防雷设备、仪器舱等构成, 具有防撞、防腐蚀、防雷等功能, 浮标可根据实际传感器安装需要确定尺寸, 并可预留传感器安装端口。

供电系统应由太阳能、充电控制器、蓄电池和大容量移动电源组成。太阳能板装在浮体上, 蓄电池安装在电子舱内;蓄电池的供电能确保连续阴雨天情况下, 浮标监测站正常工作;大容量移动电源用于太阳能板或充电控制器失灵或连续阴雨天等特殊情况下为蓄电池充电用, 以确保监测系统正常工作。

采集传输控制设备由数据采集加密控制模块、无线通讯和天线组成;可实现双向通讯;具备自容功能, 将采集的数据存贮在模块中, 在通讯偶尔中断时不丢数据, 通讯恢复后, 存贮的数据立即传输;通过GSM实现无线网络传输, 可在任意地点组建网络。

防护设备由GPS、警示灯等组成;GPS作为浮标定位使用, 实时发送浮标经纬度信息;当台风、盗窃等原因造成浮标偏离布放位置时, 系统将发出浮标偏离报警信息, 并实时给出浮标当前位置信息;警示灯能在夜晚和雾天警示过往船舶绕道行驶。

锚系设备由系留环、锚链和锚组成;锚系采用多锚固定方式, 并确保在不同水位情况下水中浮体的稳定。

气象传感器可以测量风速、风向、雨量、相对湿度、气温、气压等参数。

垂直剖面系统采用垂直升降系统或分层设置进行剖面监测, 可以确保浮标站的多参数水质监测仪能在水面下3个不同深度处同步监测各项水质指标。

1.2 定点平台式浮标简介

巢湖上布放的定点平台式浮标及其配件与漂浮式浮标及其配件大致相同, 但定点平台式不存在标体, 浮标的配件放置于建立在湖面上的一个固定平台上。

2 漂浮式浮标和定点平台式浮标运行过程中出现的问题

浮标是一个复杂系统, 涉及多个学科、多个关键技术, 经过多年的发展, 部分关键技术已经成熟;但巢湖上布放漂浮式浮标和定点平台式浮标尚属首次, 所以在运行过程中都或多或少的存在一些问题和缺陷。

2.1 漂浮式浮标运行过程中出现的问题

巢湖上布放的漂浮式浮标在运行过程中遇到的第一个问题:建设方没有充分考虑到巢湖恶劣的自然环境, 使用的霍尔锚系和锚绳不能起到充分的固定作用, 布放的多数浮标由于风浪或者人为的原因导致锚绳断裂, 浮标漂离原来位置, 给浮标的安全和正常运行带来巨大影响。后来采用实心水泥墩固定, 锚绳和铁链双重链接的方式, 这一问题才得到解决, 而且到目前为止, 此类问题也没有再次出现。

漂浮式浮标在运行过程中遇到的第二个问题:太阳能供电不足, 巢湖上布放的漂浮式浮标标体很小, 所以其表面所能布放的太阳能板有限。目前, 漂浮式浮标上的太阳能发电量仅仅能够满足其传感器的正常运行, 视频监控系统由于电量不足, 每天只能在特定的一段时间内使用, 不能满足视屏监控系统观测蓝藻和防盗的需要。

漂浮式浮标在运行过程中遇到的第三个问题:风向变化很大且各个点的风向不能吻合。经过研究发现浮标是通过锚绳和铁链固定, 所以浮标在受风力的影响下不只会随着风向改变其位置, 而且也会发生自传的现象[2], 这就导致了风向的变化很大、没有规律。对于这个问题, 目前拟定的解决方案是在配置了气象参数的浮标上安装罗盘, 通过罗盘来校正风向。

漂浮式浮标在运行过程中遇到的第四个问题:总氮磷传感器的部分试剂在温度低于4摄氏度的情况下会发生结晶的现象, 使得监测结果不稳定并易出零值, 导致浮标每年的部分时间内TNP的值无法保证。这个问题暂时业内还没有解决的方法, 只能通过良好的运维来尽量缩短传感器受影响的时间[3]。

漂浮式浮标在运行郭晨中遇到的第五个问题:浮标上的降雨计是安装在浮标的上面, 降雨计的原理是其表面的感应器感受雨水的撞击和撞击力大小来确定降雨的时间和降雨量的大小, 前文也提到巢湖环境比较恶劣, 当有大风大浪时, 溅起的湖水有时会撞击到降雨计的感应器, 这就会导致降雨计出现误报, 需要人工剔除这些错误的数据。

2.2 定点平台式浮标运行过程中出现的问题

巢湖上布放的定点平台式浮标在运行过程中遇到的第一个问题:自身的固定性, 平台建立在哪个位置就只能监测这一位置的水质, 定点平台式浮标一定距离外出现污染区域或者蓝藻重灾区域它是监测不到的, 不能移动是定点平台式浮标最大的局限。

定点平台式浮标在运行过程中的第二个问题:固定平台的桩容易吸附各种物质, 当很多湖水中的垃圾或者藻类附着在桩上时, 会严重污染这一区域的水质, 导致浮标上各个传感器测得的数据并不是真实的数据。这就需要定期对定点平台式浮标的桩进行清洗, 增大了维护的难度。

3 两种类型浮标的优缺点浅析

通过一定时间的运行, 漂浮式浮标和定点平台式浮标都或多或少的出现了一些问题, 这些问题也间接的反映出两种类型浮标的优缺点。漂浮式浮标的优点是成本相对较低、移动方便、体积较小;缺点是不易维护、供电难以保证、传感器发展不成熟, 定点平台式浮标的优点是便于维护、安全性高;缺点是成本较高、体积过大、监测区域固定。

浮标的广泛应用是水质自动监测发展的一个必然趋势, 两种类型浮标的优缺点十分明显, 适用于不同的水域。合理使用漂浮式浮标和定点平台式浮标十分必要。

摘要：浮标的广泛使用已成为大型水域自动监测的必然趋势, 本文主要介绍了巢湖上布放的漂浮式浮标和固定平台式浮标, 并根据两种类型浮标的运行中出现的问题, 对漂浮式浮标与定点平台式浮标的优缺点进行分析。

关键词：漂浮式浮标,定点平台式浮标,问题