工程案例   |  工程案例

數(shù)據(jù)可靠，更節(jié)省時間和精力

2021-06-30，星期三

背景

路易斯安那州的商業(yè)捕蝦業(yè)對整個州及其墨西哥灣沿岸的社區(qū)都具有極大的經(jīng)濟價值。2011 年捕撈作業(yè)的產(chǎn)值就有大約 1.3 億美元。為了妥善管理每年兩次商業(yè)捕蝦季的開始和結(jié)束時間，該州一直依賴于兩個環(huán)境指標(biāo)來預(yù)估蝦群的興旺狀態(tài)，進而確定春季捕撈的持續(xù)時間和秋季捕撈的開始時間。首先是根據(jù)現(xiàn)場所記錄的沿路易斯安那州海岸蝦群自然棲息地的海水鹽度和溫度數(shù)據(jù)估計蝦群的規(guī)模。其次是進行頻繁的現(xiàn)場捕撈，由生物學(xué)家來衡量蝦的成熟度。不難看出，現(xiàn)場捕撈作業(yè)不但成本不菲，也很浪費時間，尤其是要追蹤數(shù)百個河口蝦群棲息地的環(huán)境是否健康，有的還在很遠(yuǎn)的地方。

為了試著減少對昂貴的現(xiàn)場捕撈活動的依賴，研究人員正在探索一種質(zhì)量更高，持續(xù)時間更長的部署方案，并配有成套現(xiàn)場儀表，特別是針對最偏遠(yuǎn)的蝦群棲息地。為了實現(xiàn)該目的，路易斯安那州的一組聯(lián)邦水文科學(xué)家和現(xiàn)場技術(shù)人員正著手評估將部署在沿海環(huán)境的最新水質(zhì)儀器的性能。水文科學(xué)家們選擇了一處已有的測量點進行評估，該測量點位于路易斯安那州霍馬附近的卡尤湖。選中該處是因為它的中心靠近蝦群的多處主要棲息地，并且過去在夏季曾出現(xiàn)過非常嚴(yán)重的污染。

項目啟動

該項目始于2012年5月，專家們分別部署了三個水質(zhì)儀器，其中包括 Sea-Bird Coastal HydroCAT 分析儀。主要目的是確定需要多久才可以依靠這些指定的儀器為客戶提供穩(wěn)定的高品質(zhì)鹽度和溫度數(shù)據(jù)，之后人們才能利用這些數(shù)據(jù)估算蝦群的規(guī)模。三臺儀器被用絞車系泊在已有觀測墩的旁邊，如圖 1 所示。

部署完畢，隨后每30天左右水文學(xué)家們就會去了解現(xiàn)場的情況。每次走訪，這些專家就會從三個儀器上下載數(shù)據(jù)，并用清潔的儀器讀取水質(zhì)讀數(shù)。

初步結(jié)果

水文專家們第一次回到部署地點是在七月中旬。從所有三個部署的對比分析儀中收集的數(shù)據(jù)可當(dāng)成是從一個清潔的、新近校準(zhǔn)過的參考分析儀中收集的一個數(shù)據(jù)集。并且對每臺儀器進行拍照，記錄他們從湖中取出時的狀態(tài)。所部署的每臺儀器都未以任何方式進行過清洗。經(jīng)檢查證實，HydroCAT 的外部有明顯的生物生長（藤壺等）情況，但有兩處例外。如圖 2 所示，內(nèi)部測量流路中的進水口和排水口都不會被生物淤積物的生長所遮蔽。通過定期使用板載的集成泵和微型防污設(shè)備可使進出水口均保持暢通。

第一次前往測量點對比了每臺儀器的結(jié)果后，專家們將結(jié)果匯總為下方的表1中。請務(wù)必注意，從2012年5月開始部署儀器以來已經(jīng)過了55天。

近兩個月的部署后，盡管生物污染重，HydroCAT 的電導(dǎo)率仍然很好地保持在了±3%內(nèi)，這是美國地質(zhì)調(diào)查局對電導(dǎo)率所限定的方差規(guī)格。

隨訪結(jié)果

八月中旬，水文專家們再次回到卡尤湖部署點。和之前在測量點一樣，他們開展了同樣的工作，將結(jié)果匯總在下方的表2中。請注意，自開始部署以來，時間已經(jīng)過了84天。

結(jié)果討論

圖4中，顯示了在夏季這個高污染季兩次考察卡尤湖現(xiàn)場的累計結(jié)果。經(jīng)過近60天的部署后，和清潔儀器的結(jié)果對比，2號和3號儀器的電導(dǎo)率分別漂移了-15%和-77%，而 HydroCAT 的漂移則小于 -0.2%。經(jīng)過近90天后，2 號儀器又漂移了-25%，3 號儀器的狀況則有小幅回升，為 -67%。而 HydroCAT 在這次考察期間與清潔的儀器相比其下降程度仍小于-1%。在被帶回 Sea-Bird 后，重新校正的HydroCAT 的漂移率被定為0.1% ，處在美國地質(zhì)調(diào)查局規(guī)定的3% 漂移指標(biāo)內(nèi)。此圖和部署后的校準(zhǔn)數(shù)據(jù)表明了 HydroCAT 有能力在整個近90 天的運行周期內(nèi)確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可用。

結(jié)論

在部署儀器的這段時間內(nèi)主要有三點收獲。首先是有了更高的精確度，擴展了部署儀器的能力，使水文學(xué)家們能更靈活地進行實地測量。如果因為現(xiàn)場不安全或意外延遲而未能從現(xiàn)場得到數(shù)據(jù)，儀器將繼續(xù)準(zhǔn)確而可靠地記錄數(shù)據(jù)，直到下一次有人能從現(xiàn)場取得數(shù)據(jù)為止。其次，額外的精度和布置耐久性意味著原始數(shù)據(jù)不需要任何的后期處理。這樣就能節(jié)省大量的時間，而不用回到實驗室后再單獨收集、處理和審批數(shù)據(jù)后再公布。當(dāng)數(shù)據(jù)需要后期處理時，水文學(xué)家必須提出校正曲線的申請且必須要在審核通過后才能進行修正。一旦這項工作完成，就會根據(jù)美國地質(zhì)勘探局的標(biāo)準(zhǔn)對數(shù)據(jù)質(zhì)量評 級。之后可能會花相當(dāng)長的時間去陸續(xù)收集、修正和發(fā)布評為一般或較差質(zhì)量的數(shù)據(jù)。最后，也是最重要的是，由于數(shù)據(jù)只需很少或根本無需后期處理，因而更加可靠。由于原始數(shù)據(jù)符合美國地質(zhì)調(diào)查局的QA /QC要求，無需后期處理，因此其數(shù)據(jù)質(zhì)量評級會自動評為優(yōu)良。品質(zhì)評級為優(yōu)良的原始數(shù)據(jù)無需更多解釋，公共或私營部門對其的質(zhì)疑也更少。

最終，這個論證表明了HydroCAT可借由連續(xù)的監(jiān)測程序，提供精確可靠的數(shù)據(jù)，這樣即便在環(huán)境監(jiān)測條件非常不穩(wěn)定的情況下也能更有效地發(fā)布。