天津?yàn)I海新區(qū)水生態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)建設(shè)

段哲古，魯家奎，陳連惠

（天津市水文水資源勘測管理中心，天津 300061）

0 引言

水生態(tài)監(jiān)測是對環(huán)境水因子的觀察和數(shù)據(jù)收集，并加以分析研究，以了解水生態(tài)環(huán)境的現(xiàn)狀和變化，是水生態(tài)保護(hù)與修復(fù)工作的重要基礎(chǔ)，對生態(tài)建設(shè)和深層次水資源管理具有十分重要的意義，也對水文和水環(huán)境監(jiān)測工作提出了更高要求。

天津市濱海新區(qū)位于天津市的東部臨海地區(qū)，由于地表水源條件差，地下水長期過量開采，致使水資源過度開發(fā)利用，加上工業(yè)及生活廢污水的不達(dá)標(biāo)排放，造成水污染，地下水位大幅度下降，地面沉降等一系列嚴(yán)重的水資源環(huán)境問題，并導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的破壞。

我國的生態(tài)水文學(xué)研究正處于起步階段，水生態(tài)監(jiān)測內(nèi)容、項(xiàng)目及方式等尚屬探討階段，無規(guī)范可依。如何利用現(xiàn)代化的信息技術(shù)，采用現(xiàn)代化的采集、傳輸手段，應(yīng)用信息、計(jì)算機(jī)、地理信息系統(tǒng)等技術(shù)，開發(fā)建設(shè)天津?yàn)I海新區(qū)水生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱監(jiān)測系統(tǒng)），通過有效的水生態(tài)監(jiān)測、分析、評價(jià)，開展濱海新區(qū)的水生態(tài)問題研究，為水污染防治，重要濕地湖泊生態(tài)修復(fù)，水資源保護(hù)和生態(tài)環(huán)境建設(shè)提供生態(tài)水文監(jiān)測服務(wù)，是值得深思的新問題。

1 監(jiān)測信息系統(tǒng)建設(shè)的必要性

天津?yàn)I海新區(qū)綜合配套改革試驗(yàn)的目標(biāo)是：把濱海新區(qū)建設(shè)成為北方對外開放的門戶、高水平的現(xiàn)代制造業(yè)和研發(fā)轉(zhuǎn)化基地、北方國際航運(yùn)和物流中心、宜居生態(tài)型新城區(qū)。濱海新區(qū)中新天津生態(tài)城項(xiàng)目是中國和新加坡 2 國政府應(yīng)對全球氣候變化，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)、節(jié)約資源和能源，建設(shè)和諧社會的戰(zhàn)略合作項(xiàng)目，該項(xiàng)目正在加緊建設(shè)中，由此可見濱海新區(qū)水生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)的重要性和必要性。

2 監(jiān)測范圍及項(xiàng)目

濱海新區(qū)屬濱海沖積平原，主要地貌類型有濱海平原、瀉湖和海灘。海河流域主要河流大多從濱海新區(qū)入海。境內(nèi)的 1 級行洪河道有 8 條，2 級排水河道 22 條，大型水庫 1 座，中型水庫 7 座，小型水庫 23 座，水生態(tài)資源十分豐富。區(qū)內(nèi)河流、河口、湖、庫、沼澤濕地、灘涂等水生態(tài)類型眾多，水域面積大，具有行洪、排瀝、調(diào)蓄、城市供水、航運(yùn)、灌溉、旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖等多重功能，具備創(chuàng)建良好水環(huán)境的先天條件。

區(qū)內(nèi)現(xiàn)有北大港古瀉湖與濕地保護(hù)區(qū)、官港湖森林公園、東麗湖自然保護(hù)區(qū)、黃港水庫風(fēng)景區(qū)、營城水庫風(fēng)景區(qū)等濕地與自然風(fēng)景區(qū)，北部七里海自然濕地生態(tài)保護(hù)區(qū)也對區(qū)內(nèi)氣候環(huán)境有一定影響。河流、湖泊（水庫）、濕地、河口的地形改變，生物棲息地的改變、消失，水質(zhì)的變化，流量及流量過程的變化，輸送泥沙的質(zhì)和量變化，砍伐河畔林地造成魚餌料質(zhì)和量的變化，人為引入生物或環(huán)境變化造成的外來物種入侵等都是造成水生態(tài)環(huán)境改變的重要原因。水生態(tài)監(jiān)測范圍以河流、湖泊（水庫）、濕地、河口劃定監(jiān)測區(qū)域，進(jìn)行監(jiān)測站點(diǎn)的設(shè)置。湖泊、濕地能維持生物多樣性，應(yīng)為生態(tài)監(jiān)測的重點(diǎn)內(nèi)容[1]。

由于自然和人為地改變水文狀況而導(dǎo)致生態(tài)平衡失調(diào)或破壞，運(yùn)用水文學(xué)和生態(tài)學(xué)等有關(guān)知識技能，依據(jù)有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析它們之間的相互關(guān)系和變化規(guī)律，在科學(xué)依據(jù)的基礎(chǔ)上找出解決水生態(tài)問題的方法和手段。監(jiān)測項(xiàng)目以能充分反映監(jiān)測區(qū)域內(nèi)水生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化的要素和相關(guān)基本情況進(jìn)行設(shè)置。監(jiān)測項(xiàng)目設(shè)置需考慮必要和可行，為掌握水生態(tài)變化的規(guī)律，水生態(tài)監(jiān)測宜與生態(tài)調(diào)查相結(jié)合，監(jiān)測（含調(diào)查）項(xiàng)目如下：

1）水位、流量、蓄水量、土壤含水量、地下水埋深、河流泥沙運(yùn)動(dòng)等水文要素監(jiān)測；

2）總硬度、硫酸鹽、亞硝酸鹽、汞、氯化物、氨氮、COD 等水質(zhì)要素監(jiān)測，碳、氫、氧、氮、磷、鐵、銅、錳等影響生物生態(tài)活動(dòng)的水環(huán)境要素監(jiān)測；

3）降水、蒸發(fā)、溫度（氣溫、水溫、地溫）、濕度、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、日照等氣象因子監(jiān)測[2]；

4）浮游植物（藻類）、浮游和底棲動(dòng)物、藻毒素等水生生物監(jiān)測；

5）水源情況和河流流量變化及生態(tài)需水量等調(diào)查；

6）湖泊（水庫）、濕地面積變化，河道幾何形狀變化，工程調(diào)節(jié)等水利工程建設(shè)等調(diào)查；

7）農(nóng)藥、病蟲害、水土流失、化肥量、土壤、污染源等環(huán)境相關(guān)因素調(diào)查；

8）村莊、人口、土地、GDP、資產(chǎn)等經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類活動(dòng)影響相關(guān)因素調(diào)查。

3 監(jiān)測信息系統(tǒng)建設(shè)

3.1 監(jiān)測系統(tǒng)總體布局

根據(jù)濱海新區(qū)不同的區(qū)域特性，在生態(tài)城區(qū)、河流、湖泊（水庫）、濕地、河口分類布設(shè)代表站。以中新天津生態(tài)城區(qū)為重點(diǎn)，海河生態(tài)走廊和濱海生態(tài)廊道為骨架，以主要河流、道路沿線綠色通道為脈絡(luò)，形成城鄉(xiāng)一體的生態(tài)體系。建設(shè)中新生態(tài)城、官港湖、北大港濕地 3 處水生態(tài)自動(dòng)監(jiān)測站，并以生態(tài)水文監(jiān)測站為平臺，結(jié)合生態(tài)調(diào)查工作的開展，使監(jiān)測范圍向周圍區(qū)域拓展、輻射，形成點(diǎn)、線、面相結(jié)合的生態(tài)監(jiān)測站網(wǎng)，構(gòu)成空間水、地表水、地下水相協(xié)調(diào)的生態(tài)水文監(jiān)測預(yù)報(bào)體系。利用現(xiàn)代化的信息自動(dòng)采集、傳輸、處理、發(fā)布技術(shù)，最終建成以生態(tài)自動(dòng)監(jiān)測站為骨架，以生態(tài)調(diào)查站點(diǎn)為輔助，以信息中心為服務(wù)平臺的生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，全面實(shí)現(xiàn)水生態(tài)監(jiān)測信息數(shù)據(jù)采集的自動(dòng)化、傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化、處理的標(biāo)準(zhǔn)化和分析的科學(xué)化。

3.2 監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

1）利用國家和天津市已有的信息資源，精簡設(shè)計(jì)程序和建設(shè)項(xiàng)目；

2）系統(tǒng)先進(jìn)可靠，功能實(shí)用，組網(wǎng)合理，維護(hù)方便；

3）系統(tǒng)的開放性，采用國際主流技術(shù)和漢化中文平臺，以適應(yīng)系統(tǒng)的發(fā)展，使系統(tǒng)具有良好的縱向和橫向兼容性，具有中文對話框提示，便于用戶使用；

4）系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，設(shè)備可方便地通過添加模塊，為將來系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大和接入新的分中心提供網(wǎng)絡(luò)接口，利于數(shù)據(jù)共享；

5）系統(tǒng)自動(dòng)站信息采用自報(bào)式通信方式或230 MHz 超短波通信（或 GSM/GPRS、無線網(wǎng)絡(luò)）方式，能夠做到隨時(shí)查詢和更新信息，極大地滿足用戶需要；

6）調(diào)查信息采用數(shù)傳方式。

3.3 監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容

監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)內(nèi)容包括自動(dòng)站信息采集與傳輸設(shè)施、通訊計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用支撐平臺、水生態(tài)業(yè)務(wù)應(yīng)用、監(jiān)控中心等。

信息采集與傳輸主要采集水位、流量、含水量、地下水埋深等水文要素，影響生物生態(tài)活動(dòng)的水質(zhì)要素，降水、蒸發(fā)、溫度（氣溫、水溫、地溫）、濕度、氣壓、濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、日照等氣象因子，并通過通訊網(wǎng)絡(luò)將信息傳送到信息中心。其它各類信息采用數(shù)傳方式傳送到信息中心。

通信與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是以現(xiàn)有的廣域網(wǎng)、局域網(wǎng)為基礎(chǔ)，按照水生態(tài)管理需求，對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)施進(jìn)行補(bǔ)充和完善。

應(yīng)用支撐平臺的作用是支撐業(yè)務(wù)應(yīng)用和管理數(shù)據(jù)資源。

信息中心是水生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)的共享平臺建設(shè)，為生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)和必要的基礎(chǔ)條件。

3.4 監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)要求

1）在進(jìn)行系統(tǒng)(尤其是大規(guī)模系統(tǒng))建設(shè)時(shí)，必須統(tǒng)一規(guī)劃，嚴(yán)格論證，并與有關(guān)部門和單位協(xié)調(diào)合作，以充分發(fā)揮系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)和社會效益，并注意節(jié)約投資。

2）要求系統(tǒng)能夠長期穩(wěn)定、性能可靠，并在惡劣氣候條件下保持正常工作。

3）自動(dòng)站點(diǎn)處野外環(huán)境，要求保證電源、避免雷擊和做好盜竊設(shè)施。

根據(jù)建設(shè)要求，天津?yàn)I海新區(qū)水生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)傳輸可采用 GPRS 無線通信網(wǎng)絡(luò)及手機(jī)短信息技術(shù)、CDMA 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)等，現(xiàn)場巡測采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)利用 CDMA 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳至系統(tǒng)接收站，實(shí)時(shí)或定時(shí)快速傳遞水文信息。

4 結(jié)語

由于自然和人為地改變水文狀態(tài)而導(dǎo)致生態(tài)平衡失調(diào)或破壞，只有運(yùn)用水文學(xué)和生態(tài)學(xué)等有關(guān)知識技能，依據(jù)有效的監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析它們的相互關(guān)系和變化規(guī)律，才能在科學(xué)依據(jù)的基礎(chǔ)上找出解決水生態(tài)問題的方法和手段。

我國的水生態(tài)監(jiān)測尚處于起步階段，開展的水生態(tài)監(jiān)測項(xiàng)目較少，落后于國外發(fā)達(dá)國家，水生態(tài)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展甚微。需要依據(jù)區(qū)域特性，建立空間水、地表水、地下水相協(xié)調(diào)的綜合生態(tài)監(jiān)測預(yù)報(bào)體系，以水生態(tài)監(jiān)測站（實(shí)驗(yàn)）為平臺，開展生態(tài)調(diào)查工作，積極進(jìn)行水生態(tài)問題實(shí)驗(yàn)研究，拓寬水文站網(wǎng)的服務(wù)領(lǐng)域，加強(qiáng)水文科學(xué)數(shù)據(jù)的共享平臺建設(shè)，為生態(tài)恢復(fù)提供科學(xué)依據(jù)和必要的基礎(chǔ)條件。本文對水生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，提高系統(tǒng)的實(shí)用性和可操作性有一定的指導(dǎo)意義。

[1]水利部人事勞動(dòng)教育司. 水資源保護(hù)與生態(tài)修復(fù)講義[M].北京：2004: 5-6.

[2]Peter S. Eagleson. 生態(tài)水文學(xué)[M]. 北京：中國水利水電出版社，2008: 123-150.