潘曉斌 邢輝 胡輝華 蔡世耀

（十堰市水文水資源勘測局 湖北十堰 442000）

神農(nóng)架大九湖生態(tài)水文建設(shè)方案設(shè)計(jì)

潘曉斌 邢輝 胡輝華 蔡世耀

（十堰市水文水資源勘測局 湖北十堰 442000）

神農(nóng)架大九湖生態(tài)水文站的設(shè)立填補(bǔ)了我國高山草甸型濕地生態(tài)水文監(jiān)測的空白，本文主要針對(duì)生態(tài)水文監(jiān)測的主要項(xiàng)目氣象要素與水文要素的自動(dòng)監(jiān)測設(shè)施、監(jiān)測數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸設(shè)備，設(shè)計(jì)建設(shè)，為神農(nóng)架大九湖生態(tài)水文監(jiān)測提供基礎(chǔ)支撐。

生態(tài)水文；建設(shè)方案；設(shè)計(jì)；大九湖

1 生態(tài)水文監(jiān)測與建設(shè)的必要性

湖北水文為適應(yīng)生態(tài)文明建設(shè)發(fā)展的需求，2014年在全省重要社會(huì)敏感水體、典型湖泊開展生態(tài)水文試點(diǎn)監(jiān)測工作，其中神農(nóng)架大九湖濕地湖泊是生態(tài)水文站建設(shè)的重點(diǎn)站之一。

大九湖生態(tài)水文站是湖北海拔最高的水文站，該站的設(shè)立填補(bǔ)了我國高山草甸型濕地生態(tài)水文監(jiān)測的空白，監(jiān)測項(xiàng)目有水文要素、水質(zhì)要素、氣象要素、水生態(tài)要素（浮游生物、底棲生物、魚類、沉水植物、挺水植物、漂水植物、漂浮植物）。

開展生態(tài)水文監(jiān)測，通過水文、水生態(tài)環(huán)境、水生生物等要素監(jiān)測，為河湖健康評(píng)價(jià)，分析評(píng)估生態(tài)文明的現(xiàn)狀和變化，為大九湖濕地生態(tài)保護(hù)、管理和水生態(tài)文明建設(shè)決策提供支撐。

2 大九湖濕地湖泊基本情況

大九湖是我省唯一的高山濕地湖泊，位于鄂西北神農(nóng)架林區(qū)九湖鄉(xiāng)大九湖村，地處東經(jīng)109°56′9″～110°3′13″，北緯31°26′32″～31°31′41″之間，是一群山環(huán)抱式封閉的巖溶盆地，流域面積43.237km2，盆地平均海拔1730m，南北長約15km，東西寬約3km，中間是17km2的平川，四周高山重圍，植被覆蓋率高達(dá)90%以上，是我國為數(shù)不多的典型高山濕地，華中地區(qū)乃至全球同緯度地區(qū)（北緯31°）唯一的亞熱帶亞高山泥炭蘚濕地，在全國濕地中具有典型性、代表性、稀有性和特殊性。

大九湖包含9個(gè)小的湖泊，依次命名為1～9號(hào)湖，大九湖高水位下水面面積為1.15km2，湖泊容積為136.6萬m3。

3 生態(tài)調(diào)查區(qū)域與監(jiān)測站點(diǎn)

（1）大九湖生態(tài)調(diào)查區(qū)域與站網(wǎng)。區(qū)域?yàn)榇缶藕?～9號(hào)湖，每個(gè)湖泊設(shè)置1個(gè)監(jiān)測斷面，共9個(gè)斷面，大九湖1～9號(hào)湖進(jìn)行全面進(jìn)行生態(tài)調(diào)查。

（2）大九湖水文氣象觀測場1處。

（3）大九湖自動(dòng)水文監(jiān)測站設(shè)置。在大九湖1號(hào)湖、5號(hào)湖、9號(hào)湖分別設(shè)置1個(gè)生態(tài)水文自動(dòng)監(jiān)測點(diǎn)，自動(dòng)監(jiān)測湖泊水文要素，同時(shí)各設(shè)置1個(gè)多角度工業(yè)高清視頻攝像頭。

4 大九湖生態(tài)水文站建設(shè)任務(wù)與規(guī)模

（1）建設(shè)大九湖水文氣象觀測場設(shè)置1處。在大九湖濕地公園內(nèi)鹿場入口處設(shè)立25m×25m氣象觀測場。自動(dòng)觀測太陽輻射、氣溫、氣壓、風(fēng)速風(fēng)向、降水、濕度等氣象要素，觀測信息數(shù)據(jù)入十堰市水情信息數(shù)據(jù)平臺(tái)。

（2）建設(shè)大九湖1號(hào)、5號(hào)、9號(hào)湖建設(shè)水文自動(dòng)觀測站3處，自動(dòng)監(jiān)測湖泊水文要素，同時(shí)各設(shè)置一個(gè)多角度工業(yè)高清視頻攝像頭，定時(shí)抓拍傳送大九湖現(xiàn)場水面圖像，更直觀了解大九湖水生生物等情況。自動(dòng)觀測數(shù)據(jù)傳入十堰市水文局水情信息數(shù)據(jù)平臺(tái)。

5 生態(tài)水文氣象觀測場設(shè)計(jì)

（1）設(shè)備選型總體要求。選定設(shè)備的結(jié)構(gòu)、功能、測量、供電、防雷、環(huán)境適應(yīng)性等技術(shù)指標(biāo)和安全性、可靠性、可維性、功耗等應(yīng)用指標(biāo)須滿足有關(guān)自動(dòng)氣象站功能規(guī)格書的要求，能實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的組網(wǎng)上傳。

（2）技術(shù)性能要求。所配置的傳感器類型和測量準(zhǔn)確度指標(biāo)符合《地面氣象觀測規(guī)范》的要求；采集的數(shù)據(jù)采樣速率及算法符合《地面氣象觀測規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定；能夠形成《地面氣象觀測數(shù)據(jù)文件和記錄簿表格式》規(guī)定的采集數(shù)據(jù)文件、狀態(tài)信息文件、上傳數(shù)據(jù)文件；采集器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器至少能存儲(chǔ)1年以上的每小時(shí)正點(diǎn)觀測數(shù)據(jù)和分鐘觀測數(shù)據(jù)；能夠按照規(guī)定的時(shí)間實(shí)時(shí)發(fā)送正點(diǎn)和加密到1min的觀測數(shù)據(jù)；具備時(shí)鐘校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)重新下載、數(shù)據(jù)重新發(fā)送功能；在交流電力電源故障（或連續(xù)陰雨天）情況下，系統(tǒng)電源至少能保證采集、傳輸系統(tǒng)正常工作30d；設(shè)備自身具備良好的防雷電功能。

（3）附屬設(shè)施要求。區(qū)域站配備要有高可靠性和安全性，方便維護(hù)維修；安裝在地面場地的風(fēng)傳感器須配置高度在10～12m之間的風(fēng)桿；風(fēng)桿接閃器與風(fēng)桿必須絕緣，絕緣間距須≥50mm；風(fēng)桿的頂端拉線至少要有1根帶有絕緣等級(jí)≥35kV（1.2/50μs）的拉線絕緣子，以便接閃器的引下線沿這根拉線入地，接閃器引下線的截面積應(yīng)≥50mm2；空氣溫濕度傳感器采用標(biāo)準(zhǔn)玻璃鋼百葉箱；風(fēng)桿、能見度儀基礎(chǔ)需混凝土澆灌，風(fēng)傳感器及附屬設(shè)施具有抗強(qiáng)風(fēng)性能。

（4）注意事項(xiàng)。設(shè)備選型過程中要注重生產(chǎn)廠商的技術(shù)支持能力、后續(xù)服務(wù)能力和價(jià)格成本因素。

6 生態(tài)水文自動(dòng)監(jiān)測站設(shè)計(jì)方案

分別在1號(hào)湖、5號(hào)湖、9號(hào)湖設(shè)置生態(tài)水文自動(dòng)觀測站，湖泊水位采用激光水位計(jì)，自動(dòng)觀測湖泊水位，同時(shí)配備工業(yè)高清視頻攝像頭，定時(shí)抓拍傳送大九湖現(xiàn)場水面圖像，更直觀了解大九湖水生生物等情況，以滿足大九湖濕地管理局對(duì)大九湖濕地保護(hù)、管理、防洪調(diào)度和防洪安全的需要，特別在汛期為疏導(dǎo)游客安全觀光游覽大九湖濕地公園提供水文安全信息服務(wù)。

利用自動(dòng)監(jiān)測技術(shù)，建設(shè)集采集、傳輸、處理、存儲(chǔ)和信息服務(wù)為一體的水雨情自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，自動(dòng)采集測量數(shù)據(jù)，并安裝視頻圖像監(jiān)控點(diǎn)，通過公網(wǎng)無線通信網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)及圖像自動(dòng)發(fā)送到中心站，在中心站設(shè)置數(shù)據(jù)接收平臺(tái)，將收到的各遙測站的數(shù)

據(jù)進(jìn)行處理后存入數(shù)據(jù)庫，提供基本的信息查詢和告警服務(wù)。

（1）系統(tǒng)組成。自動(dòng)監(jiān)測水位站以無人值守模式建設(shè)。水位自動(dòng)監(jiān)測站以遙測終端（RTU）為核心，實(shí)現(xiàn)水情信息的自動(dòng)采集和遠(yuǎn)程傳輸。配置水位傳感器、通信終端、太陽能浮充蓄電池電源系統(tǒng)、避雷設(shè)備。為水位站配置攝像頭，實(shí)現(xiàn)定時(shí)拍照和遠(yuǎn)程抓拍功能，并且由RTU根據(jù)水位變化自動(dòng)調(diào)整拍照頻率，照片和水位信息全部通過GPRS傳輸?shù)竭h(yuǎn)程服務(wù)器上。

（2）遙測終端（RTU）。電源：DC6-24V；待機(jī)功耗：12V 8mA （38AH蓄電池工作時(shí)間>60d）；通信：GPRS；接口：RS485激光水位計(jì)接口，單總線溫濕度接口，RS485工業(yè)相機(jī)接口，脈沖雨量計(jì)接口，脈沖風(fēng)速計(jì)接口，風(fēng)向標(biāo)接口；上報(bào)方式：加報(bào)報(bào)，定時(shí)報(bào)；報(bào)警觸發(fā)：雨量報(bào)警，水位報(bào)警，低電壓報(bào)警；上報(bào)中心數(shù)量：3個(gè)；上報(bào)間隔：5min（可設(shè)置為1～59min）。

（3）激光水位計(jì)。激光水位計(jì)利用激光測距原理進(jìn)行水位測量，具有測量精度高、速度快、量程寬、功耗低、不受震動(dòng)、噪音、電磁干擾等環(huán)境因素影響，模塊化設(shè)計(jì)，防雷擊。

電源：DC 6-24V；量程：0～20m；精度：±3mm；分辨率：1mm；功耗：<1W（測量時(shí)）；工作溫度：-20～60℃；保存溫度：-20～70℃；激光類型：635mm二級(jí)安全；輸出方式：RS485 Modebus協(xié)議（波特率：9600，無校驗(yàn)，1個(gè)起始，1個(gè)停止）；套管直：75mm，110mm（其它可定制）；套管材質(zhì)：不銹鋼，PVC等。

（4）攝像頭。工作電壓：直流9～16V；工作電流：120mA；工作溫度：-20～+75℃；工作濕度：≤95%（40℃）；像素：≥130萬像素；格式：JPEG格式的圖像；分辨率為：640×480；

通訊方式：RS485通訊；視覺角度：70°；拍照距離：200m以內(nèi)清晰；內(nèi)嵌防雷模塊，最大持續(xù)工作電流2A、標(biāo)準(zhǔn)工作電壓12V。

（5）供電系統(tǒng)。大九湖山高氣寒，10月飛雪，4月消融，多年平均降水量1519.3mm，年降雨日數(shù)在150～200d，全年日照少于1000h，太陽能浮充蓄電池電源系統(tǒng)難以維持設(shè)備運(yùn)行，應(yīng)采用大容量蓄電池（100AH）、大功率太陽能電池板（40W）、外接市電220V電源的組合，以保證正常運(yùn)行。

（6）免維護(hù)蓄電池。輸出：直流12V；容量：100AH；工作環(huán)境：-40～70℃。

（7）太陽能電池板。功率：40W；輸出電壓：12VDC；太陽能電池組件：1塊。為保證設(shè)備正常運(yùn)行，考慮大九湖特殊地理環(huán)境，方案確定外接220V市電供電。

（8）接地與防雷措施設(shè)計(jì)。①防雷與接地要求符合設(shè)計(jì)規(guī)定和規(guī)范要求，施工時(shí)合理選擇接地體的埋設(shè)位置和數(shù)量，確保接地系統(tǒng)的可靠性。②接地線采用鍍鋅扁鋼或利用電纜保護(hù)鍍鋅管，接地體采用鍍鋅角鋼，其長度和焊接方法、打入深度符合規(guī)范要求。③低壓和控制電纜的鎧裝層用PVC絕緣線或電纜密封裝置接地。④所有電氣設(shè)備的非導(dǎo)電金屬外露部分都可靠接地。⑤作防靜電接地的管道、鋼結(jié)構(gòu)和管廊均按要求接地。⑥接地匯流排安裝引下線垂直，美觀整齊。

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A

1673-0038（2015）46-0241-02

2015-10-26

潘曉斌（1968-），男，湖北丹江口人，正高職高級(jí)工程師，主要從事水文水資源與水環(huán)境評(píng)價(jià)、水資源規(guī)劃工作。