“岸-海-空-天”立體化赤潮快速監(jiān)測(cè)與處置系統(tǒng)

 

我國(guó)海洋赤潮災(zāi)害頻發(fā)，對(duì)海洋漁業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)造成嚴(yán)重危害。近年來(lái)，隨著海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)海洋生態(tài)預(yù)警監(jiān)測(cè)工作要求不斷提升，在船舶和衛(wèi)星等傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)手段基礎(chǔ)上，國(guó)家海洋技術(shù)中心借鑒國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，通過(guò)多年探索，創(chuàng)新性地將自主研發(fā)的小型化、無(wú)人化、智能化的海洋監(jiān)測(cè)新技術(shù)手段應(yīng)用于赤潮監(jiān)測(cè)和治理，形成了海洋赤潮快速監(jiān)測(cè)和處置新模式。

科學(xué)論證|海洋赤潮亟需“快速”監(jiān)測(cè)與處置手段

赤潮是海洋中某些浮游藻類、原生動(dòng)物或細(xì)菌，在一定的環(huán)境條件下爆發(fā)性繁殖（增殖）或聚集而引起水體變色的一種有害的生物異常現(xiàn)象。赤潮監(jiān)測(cè)方式主要有常規(guī)監(jiān)測(cè)和應(yīng)急監(jiān)測(cè)兩種，主要監(jiān)測(cè)相關(guān)海域的水文、氣象、生物、化學(xué)等海洋環(huán)境要素?cái)?shù)據(jù)及赤潮分布范圍。常規(guī)監(jiān)測(cè)中，一般使用岸基海洋站（點(diǎn)）、浮標(biāo)、有人船舶開(kāi)展定期采樣并檢測(cè)海水、底泥和生物樣品；應(yīng)急監(jiān)測(cè)中，一般使用衛(wèi)星遙感獲取水色等信息，并在赤潮發(fā)生海域利用浮標(biāo)和船舶等進(jìn)行水質(zhì)和生物加密采樣和分析。赤潮處置方法主要分為物理方法和化學(xué)方法，物理方法包括圍隔柵法、超聲波法、紫外線法等，化學(xué)方法包括直接滅殺法、凝聚劑沉淀法、天然礦物絮凝法等。當(dāng)前赤潮大面處置手段以黏土法為主，即將改性黏土投入赤潮發(fā)生海域，通過(guò)黏土與赤潮生物共沉淀的方式消除赤潮。

隨著國(guó)家海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)海洋預(yù)警監(jiān)測(cè)工作要求不斷提升，傳統(tǒng)海洋赤潮監(jiān)測(cè)和處置技術(shù)手段面臨時(shí)效性、經(jīng)濟(jì)性、智能化等多方面挑戰(zhàn)。首先，常規(guī)赤潮監(jiān)測(cè)手段周期較長(zhǎng)（通常每半月或每月監(jiān)測(cè)一次），難以及時(shí)發(fā)現(xiàn)赤潮的發(fā)生并迅速做出響應(yīng)。其次，雖然多型專用裝備已應(yīng)用于赤潮預(yù)警監(jiān)測(cè)，但受站位固定和數(shù)據(jù)分析能力弱等多方面條件約束，難以在赤潮高發(fā)或敏感海域?qū)崿F(xiàn)水質(zhì)突發(fā)變化快速監(jiān)測(cè)，以及赤潮發(fā)生早期的跟蹤預(yù)警。再次，現(xiàn)有赤潮應(yīng)急監(jiān)測(cè)雖然能夠及時(shí)響應(yīng)赤潮事件，但實(shí)施周期短，監(jiān)測(cè)覆蓋范圍有限，所需人力、物力等綜合成本較高，難以滿足全面有效監(jiān)測(cè)需求。最后，當(dāng)前赤潮處置手段不夠豐富，小型化、無(wú)人化、快速智能化程度不夠，難以實(shí)現(xiàn)赤潮發(fā)生早期快速處置。因此，亟需研發(fā)赤潮“快速”監(jiān)測(cè)與處置手段，以在赤潮發(fā)生前、增殖期和發(fā)生早期實(shí)現(xiàn)快速監(jiān)測(cè)和處置。

科技攻關(guān)|突破智能化赤潮災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)

為解決現(xiàn)有監(jiān)測(cè)手段對(duì)赤潮災(zāi)害從早期發(fā)現(xiàn)到應(yīng)急處置各階段的時(shí)效性都不夠高這一關(guān)鍵技術(shù)難題，國(guó)家海洋技術(shù)中心科研團(tuán)隊(duì)以“模塊化、智能化、綠色化”為設(shè)計(jì)原則，運(yùn)用具備可自主避障、自動(dòng)規(guī)劃路徑能力的無(wú)人船為平臺(tái)，搭載具備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)能力的水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器、基于物理法對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境不利影響小的赤潮處置裝置、可定時(shí)定點(diǎn)自動(dòng)進(jìn)行水體采樣的采水器、光學(xué)傳感器等多型裝備，以多裝備聯(lián)合作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)海洋赤潮災(zāi)害的“監(jiān)視—監(jiān)測(cè)—預(yù)警—處置”一體化作業(yè)。

為攻克多技術(shù)手段有效融合難題，科研團(tuán)隊(duì)引入體系化設(shè)計(jì)思路。無(wú)人船在赤潮發(fā)生前以及發(fā)生早期即進(jìn)入水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作狀態(tài)，結(jié)合光學(xué)傳感器和水質(zhì)檢測(cè)儀器測(cè)量數(shù)據(jù)綜合分析，在線判定赤潮發(fā)生可能性。依據(jù)分析結(jié)果和衛(wèi)星遙感識(shí)別，使用無(wú)人船和無(wú)人機(jī)智能跟蹤赤潮漂移路徑，并使用赤潮處置裝置快速開(kāi)展赤潮早期處理和小規(guī)模赤潮應(yīng)急處置工作。

應(yīng)用示范|推動(dòng)河北省海洋生態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警工作高質(zhì)量發(fā)展

經(jīng)過(guò)多年技術(shù)積累和突破，國(guó)家海洋技術(shù)中心已掌握基于生態(tài)浮標(biāo)、無(wú)人船和無(wú)人機(jī)的組合式赤潮快速監(jiān)測(cè)新技術(shù)，并會(huì)同河北省自然資源廳在河北省赤潮高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)成功開(kāi)展應(yīng)用示范，提高了該省赤潮監(jiān)測(cè)能力。下一步，中心將繼續(xù)開(kāi)展基于無(wú)人船的赤潮監(jiān)測(cè)與處置手段智能化組合應(yīng)用研究，持續(xù)提高赤潮監(jiān)測(cè)與處置的有效性、及時(shí)性和經(jīng)濟(jì)性，大力推廣赤潮快速監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用，為河北省乃至全國(guó)海洋生態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警能力的提升提供技術(shù)支撐。