渤海海峡水域是黄海与渤海的分界线[1]，其南北、东西向航道是各类船舶进出渤海各港口的主要航路，船舶密度大，是海上交通的一个重要水域[2]。其独特的地理位置决定了海域的重要性，这一区域也成为海上溢油潜在的高风险地段。遥感技术一直以来是海上溢油监测的主要手段，包括可见光遥感、红外遥感、微波遥感、激光荧光遥感和紫外扫描遥感等多种方法，其主要缺点是空间分辨率普遍比较低，探测灵敏度不高[3-5]。另一种方法是利用现场检测，主要是对采样海水进行分析，检测水体中有色溶解有机物(colored dissolved organic matter，CDOM)含量，进而判断水体中有机物质浓度，作为溢油的重要依据[6-7]。现场调查的缺点是受海况的影响，一般是阶段性或者季节性海上站位调查，航次之间时间跨度较大，海水样品实验室分析周期长，其调查结果不能反映海区的实时动态变化，对溢油应急检测的响应不高。

FerryBox是利用志愿船对表层海水水质进行连续自动检测的技术，其技术越来越成熟，在欧洲获得了广泛应用[8-9]。笔者利用FerryBox系统所集成的溢油探头，在渤海海峡对表层海水进行断面调查，分析了该海区的溢油及水质的时空动态变化。

1 技术与方法

1.1 FerryBox系统

一个标准的FerryBox系统主要包括水路循环系统、传感器、数据存储和传输系统、自动清洗系统四大部分(见图1)。其进水管路可以单独设计，也可以从机舱内的潜水泵抽取，进入水路循环系统的海水先通过脱泡器去除气泡，移除海水中的泥沙后，通过水路系统流经各传感器单元，流量控制器可以控制水量与流速，对流经探头的流速、压力进行设置，以获得各传感器参数测定所需要的理想水压和流速，之后水被排出至机舱外，从而完成一个循环。系统设有水路分支，可对海水进行单独取样，以用于室内校准或者其他分析。

图1 FerryBox结构原理示意(图片由合作伙伴Wilhelm Petersen博士提供)

FerryBox每分钟测量6次，系统将6次测量平均结果作为最终结果进行存储，每分钟保存1次数据。当船抵达近岸或者停靠码头时，可以使用GSM/GPRS等无线网络传输数据，也可以通过网络远程登录系统对仪器运行状况进行检测、维护以及数据下载。仪器运行结束后可自动控制进行清洗，混有硫酸和草酸的淡水可去除循环水路内的铁锈以及微生物，避免其对测量结果造成影响。

1.2 溢油传感器及水质传感器

本次调查的FerryBox系统由德国4JENA公司生产，所使用的水质参数传感器包括：温度传感器(FSI，美国)、盐度传感器(FSI，美国)、pH传感器(Endress and Hauser，德国)、浊度传感器(Turner，美国)、藻类分析(AOA,bbe-moldaenke,德国)、溶解氧/饱和度传感器(Endress and Hauser，德国)。其水路设计可以根据需求添加其他所需的传感器，所使用的溢油监测探头是来自德国HZG研究所Wilhelm Petersen博士提供的由德国TriOS公司生产的CDOM和OIL探头。

2016年12月2—4日，TriOS的Oil、CDOM两个探头首次安装于科考船“创新1号”FerryBox系统上，通过共享FerryBox的水路获得FerryBox所采集的表层海水，保持与FerryBox系统的准同步运行状态，通过往返烟台-大连航次连续采集了3天的数据(调查路线见图2)，获得了该航线上TriOS的Oil、CDOM数据及表层水温、盐度、pH、叶绿素、浊度、溶解氧等水质参数，所取得的表层水样约为海峡表层2.5～4.5 m水深。

使用UV荧光法探测水体中芳香烃水化物，当目标化合物在释放其吸收的高波段波长时会产生荧光。当水体中含有特别UV光谱的波长化合物时，少量的水化物都可以释放出高波段的荧光，测量这种荧光的强度可以反过来计算水体中的相应波段的物质浓度。自然水体中的PAHs往往是来自黄色物质(CDOM)，可以通过探测PAH的阈值来探测水体中油脂物体，通过一个固定的相关系数可以获得水体中该物质的密度。Oil探头所使用的enviroFlu-HC是基于该原理的一种新的测量水体中油类物质的传感器，其UV荧光探头比普通探头要灵敏很多倍，可以探测水体中微量的PAHs痕迹。该探头既可以在实验室使用，也可以在野外使用，本项工作首次将其集成在FerryBox系统中(见图1)，对通过探头的海水进行连续测量，获得渤海海峡油类物质浓度，同时使用了另一个TriOS生产的CDOM探头进行数据对比，获得海区表层海水中溢油相关物质的分布数据，为海上溢油分布现场检测提供一个新的方法。

1.3 调查海域及监测内容

式(4)和式(5)阈值规则都是根据小波分解层的不同，除以一个相应的调节系数，将会增长计算阈值的时间，从而延长了阈值处理的时间.本研究中的去噪阈值由是式(6)计算并确定：

图2 2016年12月2—4日渤海海峡断面调查航迹图(图中灰线与黑线)(水深数据来自etopo2)

2 监测结果与分析—渤海海峡水质因子时空动态变化

TriOS的Oil探头和CDOM探头所获得的数据具有很强的相关性。图3为TriOS的Oil探头与CDOM探头时间上相关性示意图。

图3 TriOS的Oil探头与CDOM探头时间上相关性示意

海上溢油往往是突发事件，现场的水质调查可以获得第一手的数据，传统的站位调查方式受到多种因素(如海况、天气等)的影响，在时间、空间上缺乏连续性，调查数据的处理、分析也需要耗费时间，会导致调查结果有一个滞后期，难以做到快速评价一个海区的溢油状况、环境要素现状等。FerryBox系统的设计可以在很大程度上弥补传统调查方式的不足，除可以获得常规的温度、盐度、pH、溶解氧、叶绿素等水质参数外，还可根据需要添加其他类型的传感器，根据需要选择重点海区进行水样分析，在溢油事故现场调查、溢油潜在影响区域调查中，可以快速地获取海区的溢油参考数据，并结合水质参数数据对现场进行评估。其次，其设备操作简单，自动清洗大大减轻人工维护的工作量。远程操控功能和监测数据长距离无线传输功能，可对仪器进行远程操控和维护，并保证所获得的监测数据能够及时传输。在未来的调查中，可以进行多个调查船、支援船等船只协同调查，实现低成本的海洋生态环境的长期、可持续监测。

从空间分布上来看，FerryBox所获得数据具有明显的区域特征，Oil和CDOM探头所测得的值在靠近烟台港附近是一个显著的高值区，随着纬度升高，其值也逐渐升高。过了渤海海峡南部附近逐渐降低，然后继续升高，在靠近大连方向水域时又降低，形成从空间上由南至北一个“高-低-高-低”的分布。表层海水温度的分布在靠近近岸低，往渤海海峡北部逐渐升高，从南到北是一个逐渐升高的过程；盐度的分布则在海峡的中部有一个低值区，海峡的南北段盐度相对高；水中的溶解氧为南部近岸的含量高，往北逐渐降低。与温度的分布相反，这3个探头所显示的每24 h内的变化趋势是一样，但是浊度探头所测的值随着时间推移与其他探头趋势不一致。从烟台港出发后浊度值有一个从低到高的过程，到海峡南部有一个相对的高值区，之后整个海峡的浊度保持在一个同样尺度变化的水平。图5反应了水质参数在地理空间上的变化，所选取的数据为调查最后一日的分布数据，由图5可见，观察到海峡的水质参数变化主要与地理分布有关。

图4 FerryBox所测得的各项水质参数与Oil，CDOM探头数据随纬度的变化

（2）茶产品检验基础知识。主要学习：①实验室安全常识，检验的一般要求，溶液配制与标定的要求及基本方法；②样品的采集，样品的分类，采样的方法，样品的制备，样品的保存，采样要求和注意事项；③样品的常用预处理，如有机物破坏法、蒸馏法、溶剂抽提法、色层分离法、化学分离法、浓缩；④数据处理方法及分析报告的撰写。

图5 FerryBox各个探头测量值与TriOS的Oil 及CDOM探头测量结果在空间上的分布

3 讨论

3.1 利用FerryBox实现低成本自动监测

从图3可见，除了12月3日0-7时，CDOM数据出现偏移之外，Oil探头和CDOM探头数据有很强的正相关关系，其变化趋势大部分时间都吻合的很好。由于本次调查是沿着固定航线的往复调查，所以FerryBox所测得的各项水质指标在时间和空间上会出现相同趋势(见图4)。

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科学的发展推动者智能化技术的前进，智能化技术与一般技术相比特点鲜明，其具有感知、思考、行为能力，当前电力工程自动化水平的整体提升是和智能技术的发展应用分不开的。电气自动化技术作为一门热门技术，大大推动了经济建设发展，有着不可忽视的地位，重视发展并应用好新技术，是维持快速经济发展的一项重要因素。如今，人们在生产生活中多个领域都应用了智能化技术，不仅使得工作环境得到改善，更带来了很好的经济效益。计算机技术是智能化技术的核心技术之一，在应用的过程中可以不断进行更新，目前智能化技术正向着网络化、多功能一体化、急速化等方面发展。

3.2 渤海海峡水环境因子对溢油时空分布差异的影响

溢油现场调查往往希望对溢油漂移路径进行预判，现场的水动力要素调查数据可以提供海流的具体信息。本次调查中使用的船载300K RDI走航式ADCP，从现场调查数据(图6)看海峡海水流向主要为东西向流，南北方向流弱，在北部和南部海峡处的流场比海峡中部强，这是典型的海峡冬季水流特点。一般认为海峡的渤海与黄海的水交换具有“北进南出”的特点[10]，冬季渤海海峡受到黄海暖流的影响，海峡北部有一水舌经老铁山水道进入渤海内部[11]，海峡处海水受到季风影响被表层风搅拌，海底沉积物发生再悬浮，使得海峡中部的表层浊度较高[12-13]。这种水动力因子作用造成了水环境因子南北差异，如本文所观测到的温度、盐度、溶解氧的不同分区，冬季渤海海峡北部较大潮流流速加上较强的东北季风，导致海水涡动强度不断增强，海底沉积物发生再悬浮，从而导致冬季海峡海域易出现较高表层浊度。在实际的海上溢油区调查作业中，水质因子结合动力因子数据可以为预测溢油污染趋势、油膜漂移路径提供依据。

图6 船载走航式ADCP对渤海海峡的连续测量结果

参考文献

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[2] 刘敬贤,韩晓宝,高维杰.渤海海峡海域船舶定线制完善的研究[J].航海技术,2008(5):2-7.

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