المراقبة عبر الإنترنت متعددة المعايير للبحيرات والمحيطات

خلفية تطوير المنتج

تواجه المسطحات المائية الكبيرة في جميع أنحاء العالم—مثل المحيطات والبحيرات على حد سواء—مستويات متفاوتة من التلوث. ويعود ذلك جزئيًّا إلى أن البشر قد أخطأوا في تقدير قدرة هذه النظم المائية الواسعة على تنقية نفسها ذاتيًّا، ما أدى إلى إفراغ ملوثات غير قانونيٍّ مدفوعٍ بشعور زائف بالأمان. وفي السنوات الأخيرة، تكرَّرت أزمات تلوث المياه النموذجية بشكل متكرر في كل قارة رئيسية.

أستراليا – الحاجز المرجاني العظيم: كشفت الدراسات البيئية التي أُجريت عام ٢٠٢٥ عن حالة تغذية زائدة حادة. ووجد أن أملاح المغذيات مثل النيتروجين والفوسفور موجودة بمستويات حرجة عالية للغاية، ما تسبب في حدوث حالات متكررة لتبييض المرجان وانفجار أعداد نجم البحر. وقد تعرّضت مجتمعات المرجان على قاع البحر لأضرار واسعة النطاق.

نيجيريا – دلتا نهر النيجر: أدّت تلوث النفط والمعادن الثقيلة إلى انقراض واسع النطاق لأشجار المانغروف. وقد انهارت صناعة الصيد الوطنية تقريبًا، وارتفعت معدلات الإصابة بالسرطان بين السكان المحليين بشكل ملحوظ.

أوروبا – البحر البلطيقي: يُحفِّز تلوث النيتروجين والفوسفور ظهور ازدهارات طحلبية ضخمة كل عام تقريبًا، ما يؤثّر تأثيرًا شديدًا على قطاع الصيد. ومع ذلك، لا تزال مياه الصرف الصحي المنبعثة من المدن المحيطة غير خاضعة للرقابة.

في الصين، عانت المجاميع المائية الكبرى مثل بحيرة ديانتشي وبحيرة تاي وبحيرة هونغ جميعها من ازدهارات طحلبية ناجمة عن إثراء المياه. كما تعرّض بحر الصين الجنوبي وبحر الصين الشرقي لتلوثٍ شديد بسبب تصريف مياه الصرف الصحي وتسربات النفط، ما تسبّب في خسائر اقتصادية جسيمة لا يمكن تقييمها في قطاعات الصيد والنظم الإيكولوجية والسياحة.

استجابةً للطلب المتزايد على مراقبة المجاري المائية الكبيرة، طوَّرت شركة JIDE نظام استشعار متعدد المعايير عبر الإنترنت، صُمِّم خصيصًا للمحيطات والبحيرات. وبسبب القيود التكنولوجية الحالية، تظل معايير مثل إجمالي الفوسفور وإجمالي النيتروجين يصعب قياسها مباشرةً باستخدام أجهزة الاستشعار. ولذلك، يتم نشر هذا النظام في المحيطات المفتوحة وفي وسط البحيرات الكبيرة على محطات عوامات كبيرة.

ويمكنه قياس المعايير الرئيسية التالية:

• درجة الحرارة

• الأس الهيدروجيني (pH)

• الجهد الأكسيدي-الاختزالي (ORP)

• التوصيلية/المواد الصلبة الذائبة الكلية (TDS)

• الأكسجين المذاب

• العكارة/المواد الصلبة العالقة (SS)

• الكلوروفيل

• الطحالب الزرقاء-الخضراء

• أيون البوتاسيوم (K⁺)

• أيون الأمونيوم (NH₄⁺)

• أيون النترات (NO₃⁻)

• أيون الكلوريد (Cl⁻)

• أيون الفلوريد (F⁻)

توفر هذه القياسات مراقبةً فوريةً وقدرات إنذارٍ مبكرٍ لمستويات العناصر الغذائية الزائدة، والثراء الغذائي، وازدهار الطحالب، وانخفاض مستويات الأكسجين.

JDMPA - 6S – الإصدار الأعلى تكوينًا

نموذج JDMPA - 6S هو الإصدار الأعلى تكوينًا في السلسلة. ويمكن للوحدة الرئيسية أن تستوعب ما يصل إلى سبعة أجهزة استشعار. وتعمل أجهزة الاستشعار وفق مبادئ الكشف الكهروكيميائي، والضوئي، والفيزيائي لقياس المعايير الخاصة بها.

تستخدم جميع منافذ المستشعرات في الوحدة الرئيسية واجهة عالمية. ويمكن تركيب المستشعرات في أي منفذ، وتقوم الوحدة الرئيسية تلقائيًا بالتعرف على نوع المستشعر. وتستطيع وحدة JDMPA - 6S الرئيسية قراءة بيانات المستشعرات، وتكوين معاييرها، وإجراء عمليات المعايرة. وحسب إعدادات المستخدم، يمكنها تخزين البيانات محليًّا، أو إرسالها إلى منصة جمع البيانات، أو إرسالها مباشرةً إلى حاسوب شخصي أو هاتف محمول. ويتم دعم اتصال البيانات عبر النقل السلكي وكذلك عبر الاتصال اللاسلكي باستخدام تقنية بلوتوث.

مبدأ قياس كل معلَّمة

١. العمق

تستخدم شركة JIDE مستشعر ضغط — وهو عنصر استشعار كهرومقاوم معزول بغشاء معدني مموج من الفولاذ المقاوم للصدأ — لقياس عمق المياه. وتواجه إحدى جهتي هذا المستشعر الماء، بينما تتعرض الجهة الأخرى لفراغ لقياس الضغط. ويُحسب العمق بطرح ضغط الجو من ضغط الماء.

تشمل العوامل المؤثرة في قياس العمق الضغط الجوي وكثافة الماء ودرجة الحرارة. ويُوفِّر إجراء معايرة "الصفر" في الهواء مرجعًا مقابل الضغط الجوي المحلي.

٢. التوصيلية

تستخدم شركة جيدي أربعة أقطاب كهربائية من الجرافيت لقياس توصيلية المحلول. ويقيس قطبان التيار، بينما يقيس القطبان الآخران الجهد؛ وتُحسب التوصيلية من هذه القياسات. ثم يُضرب قيمة التوصيلية الناتجة في ثابت الخلية (بالسنتيمتر⁻¹) لتحويلها إلى وحدة التوصيلية بالمليسيمنز لكل سنتيمتر (mS/cm).

يحتوي كل مستشعر على مستشعر داخلي لدرجة الحرارة. ومع ذلك، فإن قيمة درجة الحرارة التي يقيسها هذا المستشعر لا تسجَّل ولا تعرض؛ بل تُستخدم حصريًّا لتعويض المستشعر. وتتم معايرة قيم درجة الحرارة بالاعتماد على مستشعر درجة الحرارة الموجود في مجس التوصيلية.

٣. الأكسجين المذاب

مستشعر الأكسجين المذاب الضوئي من شركة جيدي يعتمد على مبدأ إخماد الفلورسنس. حيث يتم توجيه ضوء أزرق بطول موجي محدد نحو مادة فلورية مثبتة على ركيزة زجاجية، مما يؤدي إلى انبعاث هذه المادة لضوء فلوري. وفي غياب الأكسجين، تكون مدة انبعاث الضوء الفلوري أطول ما يمكن. وعند وجود الأكسجين على غشاء المستشعر، تنقص مدة الانبعاث الفلوري.

ولضمان الدقة والاستقرار، يُرسل ضوء أحمر نحو المادة الفلورية في كل دورة قياس كمرجع لتحديد مدة الانبعاث الفلوري.

وتتناسب تركيز الأكسجين عكسياً مع مدة الانبعاث الفلوري. ويمكن وصف هذه العلاقة كميّاً بواسطة معادلة شترن–فولمر:

((T₀/T) – 1) مقابل ضغط الأكسجين الجزئي.

هذه ليست علاقة خطية صارمة (وخاصة عند ضغوط الأكسجين العالية)؛ والبيانات ذات الصلة تتطلب تحليل انحدار غير خطي متعدد الحدود. ولا يتغير هذا السِّمة غير الخطية بشكل ملحوظ مع مرور الزمن، ولن تؤثر على دقة القياس لفترة طويلة.

4. درجة الحموضة / القدرة التأكسدية-الاختزالية (ORP) / الأمونيوم (AMMO) – اختياري

يتكون النظام من إلكترود لقياس درجة الحموضة (pH) ووحدة دائرة أمامية لقياس حمضية الماء أو قاعدية الماء، أو من إلكترود للقدرة التأكسدية-الاختزالية (ORP) ووحدة دائرة أمامية لقياس القدرة التأكسدية-الاختزالية. وتُعَدُّ القدرة التأكسدية-الاختزالية (ORP) قياسًا غير كيميائي يمثل الجهد الكلي المركب لجميع المواد الذائبة في الوسط.

وبديلًا عن ذلك، يمكن اختيار مستشعر للأمونيوم (NH₄⁺). ويتكوَّن هذا المستشعر من إلكترود للأمونيوم ووحدة دائرة أمامية. وعند استخدام إلكترود الأمونيوم جنبًا إلى جنب مع إلكترود مرجعي، فإنه يقيس فرق الجهد بالميليفولت، الذي يُحوَّل بعد ذلك إلى قيمة تركيز الأيون باستخدام طريقة حسابية محددة.

لتسهيل الصيانة، يتميّز المستشعر بتصميم فريد يسمح باستبدال القطب أو غطاء الغشاء في الموقع. ويوجد موصل بين وحدة الدائرة العلوية والقطب. ولاستبدال القطب، ما عليك سوى فك القطب القديم وتركيب قطب جديد— دون الحاجة إلى أي خطوات إضافية.

٥. العكارة

العكارة هي قياس غير مباشر لتركيز المواد الصلبة العالقة في الماء. ويُطلق مستشعر العكارة ضوءًا تحت الأحمر على العينة ويقيس الضوء المتناثر بواسطة الجسيمات الموجودة في الماء. وتُعد العكارة مؤشرًا مهمًّا لجودة المياه وكذلك معلَّمة أساسية لتقييم التغيرات البيئية. وتأتي المواد الصلبة العالقة في المجاري المائية الطبيعية من طائفة واسعة من المصادر غير المؤكدة (مثل الطمي، والطين، والرواسب، والطحالب، والمادة العضوية)، لكن جميع هذه الجسيمات تؤثِّر في انتقال الضوء وتولِّد إشارة عكارة.

٦. إجمالي الطحالب

يستخدم مستشعر الطحالب الكلي إثارة ذات طول موجي مزدوج لقياس تركيزات الكلوروفيل والطحالب الزرقاء-الخضراء في وقتٍ واحد.

• تُظهر جزيئات الكلوروفيل ظاهرة التألق عندما تتعرَّض للضوء الأزرق؛ ويُستفاد من شدة التألق في حساب تركيز الكلوروفيل.

• يُظهر الفيكوسيانين (وهو صبغة موجودة في الطحالب الزرقاء-الخضراء) ظاهرة التألق عندما يتعرَّض للضوء البرتقالي؛ ويُستفاد من شدة التألق في حساب تركيز الطحالب الزرقاء-الخضراء.

الاعتماد الميداني

تُستخدم محلِّلات سلسلة JDMPA من شركة JIDE عبر الإنترنت على نطاق واسع حاليًّا في المحيطات والبحيرات الكبيرة في جميع أنحاء الصين. ويقدِّر المهندسون هيكل الجهاز المتين والمقاوم للظروف القاسية، وبروتوكول الاتصال المفتوح MODBUS الذي يسهِّل عملية الشبكة، والتصميم الوحدوي الذي يسهل صيانته واستبدال أجزائه. وقد جعلت هذه المزايا سلسلة JDMPA خيارًا مفضَّلًا لدى المحترفين العاملين في هذا المجال.