天津滨海新区水生态监测信息系统建设

段哲古，鲁家奎，陈连惠

（天津市水文水资源勘测管理中心，天津 300061）

0 引言

水生态监测是对环境水因子的观察和数据收集，并加以分析研究，以了解水生态环境的现状和变化，是水生态保护与修复工作的重要基础，对生态建设和深层次水资源管理具有十分重要的意义，也对水文和水环境监测工作提出了更高要求。

天津市滨海新区位于天津市的东部临海地区，由于地表水源条件差，地下水长期过量开采，致使水资源过度开发利用，加上工业及生活废污水的不达标排放，造成水污染，地下水位大幅度下降，地面沉降等一系列严重的水资源环境问题，并导致区域内生态系统的破坏。

我国的生态水文学研究正处于起步阶段，水生态监测内容、项目及方式等尚属探讨阶段，无规范可依。如何利用现代化的信息技术，采用现代化的采集、传输手段，应用信息、计算机、地理信息系统等技术，开发建设天津滨海新区水生态监测系统（以下简称监测系统），通过有效的水生态监测、分析、评价，开展滨海新区的水生态问题研究，为水污染防治，重要湿地湖泊生态修复，水资源保护和生态环境建设提供生态水文监测服务，是值得深思的新问题。

1 监测信息系统建设的必要性

天津滨海新区综合配套改革试验的目标是：把滨海新区建设成为北方对外开放的门户、高水平的现代制造业和研发转化基地、北方国际航运和物流中心、宜居生态型新城区。滨海新区中新天津生态城项目是中国和新加坡 2 国政府应对全球气候变化，加强环境保护、节约资源和能源，建设和谐社会的战略合作项目，该项目正在加紧建设中，由此可见滨海新区水生态监测系统建设的重要性和必要性。

2 监测范围及项目

滨海新区属滨海冲积平原，主要地貌类型有滨海平原、泻湖和海滩。海河流域主要河流大多从滨海新区入海。境内的 1 级行洪河道有 8 条，2 级排水河道 22 条，大型水库 1 座，中型水库 7 座，小型水库 23 座，水生态资源十分丰富。区内河流、河口、湖、库、沼泽湿地、滩涂等水生态类型众多，水域面积大，具有行洪、排沥、调蓄、城市供水、航运、灌溉、旅游、水产养殖等多重功能，具备创建良好水环境的先天条件。

区内现有北大港古泻湖与湿地保护区、官港湖森林公园、东丽湖自然保护区、黄港水库风景区、营城水库风景区等湿地与自然风景区，北部七里海自然湿地生态保护区也对区内气候环境有一定影响。河流、湖泊（水库）、湿地、河口的地形改变，生物栖息地的改变、消失，水质的变化，流量及流量过程的变化，输送泥沙的质和量变化，砍伐河畔林地造成鱼饵料质和量的变化，人为引入生物或环境变化造成的外来物种入侵等都是造成水生态环境改变的重要原因。水生态监测范围以河流、湖泊（水库）、湿地、河口划定监测区域，进行监测站点的设置。湖泊、湿地能维持生物多样性，应为生态监测的重点内容[1]。

由于自然和人为地改变水文状况而导致生态平衡失调或破坏，运用水文学和生态学等有关知识技能，依据有效的监测数据，分析它们之间的相互关系和变化规律，在科学依据的基础上找出解决水生态问题的方法和手段。监测项目以能充分反映监测区域内水生态环境质量变化的要素和相关基本情况进行设置。监测项目设置需考虑必要和可行，为掌握水生态变化的规律，水生态监测宜与生态调查相结合，监测（含调查）项目如下：

1）水位、流量、蓄水量、土壤含水量、地下水埋深、河流泥沙运动等水文要素监测；

2）总硬度、硫酸盐、亚硝酸盐、汞、氯化物、氨氮、COD 等水质要素监测，碳、氢、氧、氮、磷、铁、铜、锰等影响生物生态活动的水环境要素监测；

3）降水、蒸发、温度（气温、水温、地温）、湿度、气压、湿度、风向、风速、日照等气象因子监测[2]；

4）浮游植物（藻类）、浮游和底栖动物、藻毒素等水生生物监测；

5）水源情况和河流流量变化及生态需水量等调查；

6）湖泊（水库）、湿地面积变化，河道几何形状变化，工程调节等水利工程建设等调查；

7）农药、病虫害、水土流失、化肥量、土壤、污染源等环境相关因素调查；

8）村庄、人口、土地、GDP、资产等经济发展和人类活动影响相关因素调查。

3 监测信息系统建设

3.1 监测系统总体布局

根据滨海新区不同的区域特性，在生态城区、河流、湖泊（水库）、湿地、河口分类布设代表站。以中新天津生态城区为重点，海河生态走廊和滨海生态廊道为骨架，以主要河流、道路沿线绿色通道为脉络，形成城乡一体的生态体系。建设中新生态城、官港湖、北大港湿地 3 处水生态自动监测站，并以生态水文监测站为平台，结合生态调查工作的开展，使监测范围向周围区域拓展、辐射，形成点、线、面相结合的生态监测站网，构成空间水、地表水、地下水相协调的生态水文监测预报体系。利用现代化的信息自动采集、传输、处理、发布技术，最终建成以生态自动监测站为骨架，以生态调查站点为辅助，以信息中心为服务平台的生态监测系统，全面实现水生态监测信息数据采集的自动化、传输的网络化、处理的标准化和分析的科学化。

3.2 监测系统设计原则

1）利用国家和天津市已有的信息资源，精简设计程序和建设项目；

2）系统先进可靠，功能实用，组网合理，维护方便；

3）系统的开放性，采用国际主流技术和汉化中文平台，以适应系统的发展，使系统具有良好的纵向和横向兼容性，具有中文对话框提示，便于用户使用；

4）系统的可扩展性，设备可方便地通过添加模块，为将来系统规模扩大和接入新的分中心提供网络接口，利于数据共享；

5）系统自动站信息采用自报式通信方式或230 MHz 超短波通信（或 GSM/GPRS、无线网络）方式，能够做到随时查询和更新信息，极大地满足用户需要；

6）调查信息采用数传方式。

3.3 监测系统建设内容

监测系统建设内容包括自动站信息采集与传输设施、通讯计算机网络、应用支撑平台、水生态业务应用、监控中心等。

信息采集与传输主要采集水位、流量、含水量、地下水埋深等水文要素，影响生物生态活动的水质要素，降水、蒸发、温度（气温、水温、地温）、湿度、气压、湿度、风向、风速、日照等气象因子，并通过通讯网络将信息传送到信息中心。其它各类信息采用数传方式传送到信息中心。

通信与计算机网络是以现有的广域网、局域网为基础，按照水生态管理需求，对现有网络设施进行补充和完善。

应用支撑平台的作用是支撑业务应用和管理数据资源。

信息中心是水生态科学数据的共享平台建设，为生态恢复提供科学依据和必要的基础条件。

3.4 监测系统建设要求

1）在进行系统(尤其是大规模系统)建设时，必须统一规划，严格论证，并与有关部门和单位协调合作，以充分发挥系统的经济和社会效益，并注意节约投资。

2）要求系统能够长期稳定、性能可靠，并在恶劣气候条件下保持正常工作。

3）自动站点处野外环境，要求保证电源、避免雷击和做好盗窃设施。

根据建设要求，天津滨海新区水生态监测系统监测数据传输可采用 GPRS 无线通信网络及手机短信息技术、CDMA 数据网络等，现场巡测采集的监测数据利用 CDMA 数据网络传至系统接收站，实时或定时快速传递水文信息。

4 结语

由于自然和人为地改变水文状态而导致生态平衡失调或破坏，只有运用水文学和生态学等有关知识技能，依据有效的监测数据，分析它们的相互关系和变化规律，才能在科学依据的基础上找出解决水生态问题的方法和手段。

我国的水生态监测尚处于起步阶段，开展的水生态监测项目较少，落后于国外发达国家，水生态基础实验研究进展甚微。需要依据区域特性，建立空间水、地表水、地下水相协调的综合生态监测预报体系，以水生态监测站（实验）为平台，开展生态调查工作，积极进行水生态问题实验研究，拓宽水文站网的服务领域，加强水文科学数据的共享平台建设，为生态恢复提供科学依据和必要的基础条件。本文对水生态监测系统建设，提高系统的实用性和可操作性有一定的指导意义。

[1]水利部人事劳动教育司. 水资源保护与生态修复讲义[M].北京：2004: 5-6.

[2]Peter S. Eagleson. 生态水文学[M]. 北京：中国水利水电出版社，2008: 123-150.