神農架大九湖生態水文建設方案設計

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）

神農架大九湖生態水文建設方案設計

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）

神農架大九湖生態水文站的設立填補了我國高山草甸型濕地生態水文監測的空白，本文主要針對生態水文監測的主要項目氣象要素與水文要素的自動監測設施、監測數據自動傳輸設備，設計建設，為神農架大九湖生態水文監測提供基礎支撐。

生態水文；建設方案；設計；大九湖

1 生態水文監測與建設的必要性

湖北水文為適應生態文明建設發展的需求，2014年在全省重要社會敏感水體、典型湖泊開展生態水文試點監測工作，其中神農架大九湖濕地湖泊是生態水文站建設的重點站之一。

大九湖生態水文站是湖北海拔最高的水文站，該站的設立填補了我國高山草甸型濕地生態水文監測的空白，監測項目有水文要素、水質要素、氣象要素、水生態要素（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）。

開展生態水文監測，通過水文、水生態環境、水生生物等要素監測，為河湖健康評價，分析評估生態文明的現狀和變化，為大九湖濕地生態保護、管理和水生態文明建設決策提供支撐。

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，位于鄂西北神農架林區九湖鄉大九湖村，地處東經109°56′9″～110°3′13″，北緯31°26′32″～31°31′41″之間，是一群山環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90%以上，是我國為數不多的典型高山濕地，華中地區乃至全球同緯度地區（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個小的湖泊，依次命名為1～9號湖，大九湖高水位下水面面積為1.15km2，湖泊容積為136.6萬m3。

3 生態調查區域與監測站點

（1）大九湖生態調查區域與站網。區域為大九湖1～9號湖，每個湖泊設置1個監測斷面，共9個斷面，大九湖1～9號湖進行全面進行生態調查。

（2）大九湖水文氣象觀測場1處。

（3）大九湖自動水文監測站設置。在大九湖1號湖、5號湖、9號湖分別設置1個生態水文自動監測點，自動監測湖泊水文要素，同時各設置1個多角度工業高清視頻攝像頭。

4 大九湖生態水文站建設任務與規模

（1）建設大九湖水文氣象觀測場設置1處。在大九湖濕地公園內鹿場入口處設立25m×25m氣象觀測場。自動觀測太陽輻射、氣溫、氣壓、風速風向、降水、濕度等氣象要素，觀測信息數據入十堰市水情信息數據平臺。

（2）建設大九湖1號、5號、9號湖建設水文自動觀測站3處，自動監測湖泊水文要素，同時各設置一個多角度工業高清視頻攝像頭，定時抓拍傳送大九湖現場水面圖像，更直觀了解大九湖水生生物等情況。自動觀測數據傳入十堰市水文局水情信息數據平臺。

5 生態水文氣象觀測場設計

（1）設備選型總體要求。選定設備的結構、功能、測量、供電、防雷、環境適應性等技術指標和安全性、可靠性、可維性、功耗等應用指標須滿足有關自動氣象站功能規格書的要求，能實現實時數據的組網上傳。

（2）技術性能要求。所配置的傳感器類型和測量準確度指標符合《地面氣象觀測規范》的要求；采集的數據采樣速率及算法符合《地面氣象觀測規范》的有關規定；能夠形成《地面氣象觀測數據文件和記錄簿表格式》規定的采集數據文件、狀態信息文件、上傳數據文件；采集器的數據存儲器至少能存儲1年以上的每小時正點觀測數據和分鐘觀測數據；能夠按照規定的時間實時發送正點和加密到1min的觀測數據；具備時鐘校準、數據重新下載、數據重新發送功能；在交流電力電源故障（或連續陰雨天）情況下，系統電源至少能保證采集、傳輸系統正常工作30d；設備自身具備良好的防雷電功能。

（3）附屬設施要求。區域站配備要有高可靠性和安全性，方便維護維修；安裝在地面場地的風傳感器須配置高度在10～12m之間的風桿；風桿接閃器與風桿必須絕緣，絕緣間距須≥50mm；風桿的頂端拉線至少要有1根帶有絕緣等級≥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≥50mm2；空氣溫濕度傳感器采用標準玻璃鋼百葉箱；風桿、能見度儀基礎需混凝土澆灌，風傳感器及附屬設施具有抗強風性能。

（4）注意事項。設備選型過程中要注重生產廠商的技術支持能力、后續服務能力和價格成本因素。

6 生態水文自動監測站設計方案

分別在1號湖、5號湖、9號湖設置生態水文自動觀測站，湖泊水位采用激光水位計，自動觀測湖泊水位，同時配備工業高清視頻攝像頭，定時抓拍傳送大九湖現場水面圖像，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大九湖濕地保護、管理、防洪調度和防洪安全的需要，特別在汛期為疏導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。

利用自動監測技術，建設集采集、傳輸、處理、存儲和信息服務為一體的水雨情自動監測系統，自動采集測量數據，并安裝視頻圖像監控點，通過公網無線通信網絡將數據及圖像自動發送到中心站，在中心站設置數據接收平臺，將收到的各遙測站的數

據進行處理后存入數據庫，提供基本的信息查詢和告警服務。

（1）系統組成。自動監測水位站以無人值守模式建設。水位自動監測站以遙測終端（RTU）為核心，實現水情信息的自動采集和遠程傳輸。配置水位傳感器、通信終端、太陽能浮充蓄電池電源系統、避雷設備。為水位站配置攝像頭，實現定時拍照和遠程抓拍功能，并且由RTU根據水位變化自動調整拍照頻率，照片和水位信息全部通過GPRS傳輸到遠程服務器上。

（2）遙測終端（RTU）。電源：DC6-24V；待機功耗：12V 8mA （38AH蓄電池工作時間>60d）；通信：GPRS；接口：RS485激光水位計接口，單總線溫濕度接口，RS485工業相機接口，脈沖雨量計接口，脈沖風速計接口，風向標接口；上報方式：加報報，定時報；報警觸發：雨量報警，水位報警，低電壓報警；上報中心數量：3個；上報間隔：5min（可設置為1～59min）。

（3）激光水位計。激光水位計利用激光測距原理進行水位測量，具有測量精度高、速度快、量程寬、功耗低、不受震動、噪音、電磁干擾等環境因素影響，模塊化設計，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）；工作溫度：-20～60℃；保存溫度：-20～70℃；激光類型：635mm二級安全；輸出方式：RS485 Modebus協議（波特率：9600，無校驗，1個起始，1個停止）；套管直：75mm，110mm（其它可定制）；套管材質：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以內清晰；內嵌防雷模塊，最大持續工作電流2A、標準工作電壓12V。

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

（6）免維護蓄電池。輸出：直流12V；容量：100AH；工作環境：-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。為保證設備正常運行，考慮大九湖特殊地理環境，方案確定外接220V市電供電。

（8）接地與防雷措施設計。①防雷與接地要求符合設計規定和規范要求，施工時合理選擇接地體的埋設位置和數量，確保接地系統的可靠性。②接地線采用鍍鋅扁鋼或利用電纜保護鍍鋅管，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所有電氣設備的非導電金屬外露部分都可靠接地。⑤作防靜電接地的管道、鋼結構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。

X524

A

1673-0038（2015）46-0241-02

2015-10-26

潘曉斌（1968-），男，湖北丹江口人，正高職高級工程師，主要從事水文水資源與水環境評價、水資源規劃工作。