溶洞旅游生态监管与修复装置

我们家乡有一个著名的景区—— 乌龙山大峡谷，峡谷两岸分布了两百多个溶洞。这些溶洞像仙境，似迷宫，每次踏入其中，我们都会被大自然的鬼斧神工折服。

然而，在欣赏美景的同时，我们也不禁心生忧虑：日益增多的游客活动会对溶洞内的生态环境造成不良影响吗？如果有影响，我们又该如何行动，守护好这份大自然的馈赠呢？

一、研究思路

调查龙山县溶洞旅游现状，利用传感器监测溶洞内的温度、湿度、二氧化碳浓度，根据数据评估游客活动对溶洞内生态环境的影响。在此基础上设计一种智能装置，对溶洞内的生态环境进行监测、管理、修复，以保护溶洞，促进旅游资源的可持续开发利用。

二、实验与分析

1.采集数据

乌龙山大峡谷景区主要有飞虎洞、惹迷洞、鲢鱼洞等景点。我们选择了惹迷洞作为研究对象，在其洞口以及洞内不同位置设置15个监测点，将温湿度传感器、二氧化碳传感器与主控板组合在一起，构成一套监测装置，连续监测溶洞内的温度、湿度、二氧化碳浓度。监测时间覆盖旅游旺季（7月至9月）和淡季（11月至次年3月）的每个双休日，最终数据取平均值。

2.分析数据

从图2可以看出，游客活动对溶洞内的温度有一定影响，游客数量与温度呈正相关的关系。在同一个监测点，旺季与淡季的温度相差1～2 ℃，温度变化较小，游客活动对洞内温度的影响不大。

从图3可以看出，溶洞内的空气湿度一直较高，游客活动对洞内湿度的影响较小。分析其原因，可能是由于洞内不断有水滴落，水分蒸发使洞内空气保持较高湿度，游客活动不足以对空气湿度产生较大影响。

从图4可以看出，游客活动对溶洞内二氧化碳浓度的影响很大。尤其是在洞内游客休息区域（7号、8号监测点），二氧化碳浓度的变化十分明显。

3.思考与讨论

通过以上数据可以看出，在旅游旺季，随着游客数量的增加，溶洞内二氧化碳浓度上升。

高浓度的二氧化碳不仅会引起游客不适，还会加速碳酸盐的溶解，破坏溶洞景观。为此，我们集思广益，提出了以下几条保护措施：

（1）在溶洞内安装二氧化碳浓度监测设备，一旦浓度超标，便立即触发警报并限制游客人数。

（2）在溶洞内安装生态修复系统，利用碱性溶液与二氧化碳发生化学反应，降低洞内的二氧化碳浓度。

（3）对空气不易流通的位置进行重点监测，并适当增加通风装置。

（4）定期对溶洞内的环境因子进行监测和维护，及时发现并解决问题。

（5）通过宣传、教育等方式，提高游客的环保意识和自我保护意识。

三、设计与制作

1.功能设计

为了保护溶洞内的生态环境，我们设计了溶洞旅游生态监管与修复装置，以二氧化碳浓度为主要监测指标，对溶洞内的生态环境进行监测、管理、修复。

参照二氧化碳浓度对人体健康影响的相关研究，我们将装置设定为三种工作模式。

模式一：当溶洞内二氧化碳浓度在5000 ppm以下时，为生态环境良好状态。此时溶洞景点正常开放，游客可自由进洞参观，同时系统会自动统计游客人数。

模式二：当二氧化碳浓度为5000～10 000 ppm时，表明生态环境受到轻度影响。此时修复装置启动，水泵将下水槽内的碱性溶液输送到上水槽，溶液沿着水幕帘缓缓流下，风扇向水幕帘不断送风，以加快碱性溶液与空气中二氧化碳的反应速度，有效吸收二氧化碳。此时溶洞景点依然开放，同时播放语音“目前洞内游客较多，请注意安全”。

模式三：一旦二氧化碳浓度超过10 000 ppm，表明生态环境受到重度影响。此时装置全力工作，同时关闭溶洞景点，禁止游客入内参观，并播放语音“目前洞内正在修复生态因子，请您在洞外耐心等候”。

2.模型制作

在老师的指导下，我们购买了相关器材，利用学校科学仪器室和长沙市长郡芙蓉中学科技中心的材料和工具，将设计图变成实物。

（1）将方形塑料桶和泡沫加工制作成模型的外壳，再涂上颜料，制作一个溶洞景观的外壳。

（2）根据装置的功能，利用Mind+软件编写程序。

（3）利用激光切割机加工制作一个水幕帘。

（4）将二氧化碳传感器、红外线传感器、三色灯、语音播报器、风扇、水泵、显示屏、主控板与溶洞景观、水幕帘等组装在一起。

3.测试与改进

模型制作完成后，我们模拟游客活动，往装置内吹气，测试装置的性能及各项指标。结果显示装置性能稳定，达到了设计要求。

之后，我们将进一步开展二氧化碳浓度对钟乳石的次生影响的研究，为溶洞旅游生态监管与修复装置提供更精准的设计参数，促进溶洞旅游的可持续发展。

专家点评

谭迪熬

中国发明协会院士专家咨询工作委员会首任专家、中国发明协会中小学创造教育分会会长

这是一个热爱大自然、热爱家乡，创建环境美好型社会的好选题。该项目的圆满完成，充分展现了指导老师优秀的引导能力。他们成功地引导学生从家乡、从身边的事物中寻找课题，精心培育学生的科研潜能。这个课题看上去很大，小学生似乎难以完成，然而，经过老师的精心设计，学生通过自主思考、深入分析、实践探索，逐步攻克难关，最终完成了这一看似不可能完成的项目，令人钦佩。