基于廣東省沿海簡易海洋水文氣象觀測設(shè)施建設(shè)的研究

冼嘉俊，姚琴

（廣東省海洋發(fā)展規(guī)劃研究中心 廣州 510220）

基于廣東省沿海簡易海洋水文氣象觀測設(shè)施建設(shè)的研究

冼嘉俊，姚琴

（廣東省海洋發(fā)展規(guī)劃研究中心 廣州 510220）

海洋水文氣象觀測設(shè)施是海洋觀測的基礎(chǔ)，廣東省在近年也在加快其建設(shè)。本文結(jié)合廣東省18個簡易水文氣象觀測設(shè)施的建設(shè)情況提出了一些注意事項及建議，為廣東省今后及其他地區(qū)建設(shè)類似簡易觀測設(shè)施提供參考。

簡易觀測設(shè)施；廣東??；選址；施工

廣東省是海洋經(jīng)濟大省，海洋經(jīng)濟總量已連續(xù)19年位居全國首位。近年來，廣東省全面貫徹黨的十八大提出的“建設(shè)海洋強國”的戰(zhàn)略部署，以全面加快廣東海洋經(jīng)濟綜合試驗區(qū)建設(shè)為抓手，不斷提高海洋綜合管理能力，努力將廣東打造成為建設(shè)海洋強國的主力省。與此同時，廣東省也是全國海洋災(zāi)害多發(fā)地區(qū)，是全國遭受海洋災(zāi)害損失最嚴(yán)重的地區(qū)之一。海洋經(jīng)濟的發(fā)展和日益嚴(yán)峻的海洋災(zāi)害，給廣東省海洋預(yù)報減災(zāi)事業(yè)發(fā)展提出更高要求。沿海水文氣象觀測作為防災(zāi)減災(zāi)海洋觀測網(wǎng)中最基礎(chǔ)也是最重要的組成部分，一直是廣東省海洋立體觀測網(wǎng)建設(shè)的重點之一，也是當(dāng)前投入最大，建設(shè)數(shù)量最多的部分。

1 現(xiàn)狀

廣東省位于我國大陸的南端，大陸海岸線長達4 114 km，居全國之首，擁有海島1 963個，總海岸線長達8 500 km。廣東沿海從東到西共有潮州、汕頭、揭陽、汕尾、惠州、深圳、東莞、廣州、中山、珠海、江門、陽江、茂名和湛江十四個城市，人口總計7 866.77萬。同時，廣東省還利用自身優(yōu)勢，發(fā)展出了具有自身特色的海洋工程裝備制造、海洋旅游、水產(chǎn)養(yǎng)殖、港口航運等海洋產(chǎn)業(yè)，至2015年海洋生產(chǎn)總值連續(xù)21年居全國首位。

水文氣象觀測設(shè)施其主要功能是安裝水文氣象自動觀測設(shè)備，對測點的水文氣象要素進行長期連續(xù)自動的觀測，并將觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶Ｑ箢A(yù)報臺，為海洋防災(zāi)減災(zāi)和海洋預(yù)報提供現(xiàn)場實時觀測資料。作為海洋經(jīng)濟大省，廣東省沿海海洋水文氣象觀測設(shè)施主要由國家海洋局及廣東省海洋主管部門負責(zé)組織建設(shè)。國家海洋局觀測設(shè)施建設(shè)較早，至今已經(jīng)在廣東省沿海建設(shè)了21個長期海洋水文氣象觀測設(shè)施，其中多個站點已觀測超過20年。廣東省海洋主管部門建設(shè)的觀測設(shè)施雖然起步晚，但建設(shè)效率高。在合理加密避免重復(fù)的前提下，已啟動21個（長期3+簡易18）海洋水文氣象觀測設(shè)施的建設(shè)工作，并將于近期完成建設(shè)。全省40多個潮位觀測設(shè)施主要分布在灣口、海洋災(zāi)害敏感區(qū)域或海島面外海一側(cè)。

廣東省現(xiàn)有海洋觀測設(shè)施雖然已有一定規(guī)模，但其密度距離《全國海洋觀測網(wǎng)規(guī)劃(2014-2020)》“沿?？h（市轄區(qū)）至少建設(shè)一個海洋站（點），全國海洋站（點）沿海岸線平均分布間隔在100 km以內(nèi)，重點區(qū)域岸線間隔在30 km以內(nèi)”的要求還有一定的差距，更不能完全滿足廣東省海洋經(jīng)濟快速發(fā)展的要求。

圖1 站點分布示意圖

2 簡易水文氣象觀測設(shè)施建設(shè)

2.1 建設(shè)內(nèi)容

沿海簡易海洋水文氣象觀測設(shè)施其主要功能是對水文氣象要素進行長期連續(xù)自動的觀測，并將觀測數(shù)據(jù)傳輸?shù)綇V東省海洋預(yù)報部門，為海洋防災(zāi)減災(zāi)和海洋預(yù)報提供現(xiàn)場實時觀測資料。測量要素包括潮位、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、相對濕度、氣壓和降水量。觀測系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的采集、處理、接收、存儲符合《海濱觀測規(guī)范》（GB/T 14914-2006）的要求；數(shù)據(jù)傳輸符合海洋數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)的要求，可以與國家海洋局的水文氣象數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)相兼容；設(shè)備符合《海洋站水文氣象觀測設(shè)備與系統(tǒng)集成通用技術(shù)要求》，通用性好。

具體建設(shè)內(nèi)容包括三部分：

（1）水文氣象自動觀測系統(tǒng)建設(shè)，用于測量潮位、風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、相對濕度、氣壓和降水量，主要包括數(shù)據(jù)采集器、溫濕度傳感器、氣壓傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器、雨量傳感器、水位計、通信設(shè)備和電源；

（2）基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，主要包括測風(fēng)塔（風(fēng)桿）、數(shù)據(jù)采集器保護箱、潮位儀保護箱、電源保護箱、潮位井筒、井外水尺和避雷設(shè)備等；

（3）數(shù)據(jù)接收處理系統(tǒng)建設(shè)，主要包括數(shù)據(jù)接收處理計算機、通信設(shè)備等。

2.2 簡易觀測設(shè)施與長期觀測設(shè)施的比較

長期觀測設(shè)施一般需要建設(shè)棧橋外伸，灘涂面越寬棧橋越長，灘涂越深需要打樁的深度越深。在灘涂區(qū)域建設(shè)海洋觀測設(shè)施難度大、費用高，并且施工完成后周邊環(huán)境需要相對穩(wěn)定。簡易觀測設(shè)施與傳統(tǒng)的長期觀測設(shè)施相比具有成本低、占用空間小、施工難度低、遷移靈活性強等優(yōu)點。簡易觀測設(shè)施是依托碼頭或防護工程，利用其水深條件及管理優(yōu)勢建設(shè)，只需使用碼頭或防護工程的一個小角落，不需要建設(shè)棧橋更不需要打樁，其建設(shè)施工周期只需要3～5天，建設(shè)費用僅需傳統(tǒng)的長期水文氣象觀測設(shè)施的1/5左右，自帶太陽能供電系統(tǒng)不需要外部供電，通過雙井筒可同時進行水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測。并且經(jīng)比較兩者的觀測周期及觀測數(shù)據(jù)精確性基本一致。

但同時易觀測設(shè)施相對于長期觀測設(shè)施也存在對建設(shè)環(huán)境比較依賴、抗撞能力較低、使用壽命較短、可搭載設(shè)備空間少等缺點。

2.3 簡易觀測設(shè)施建設(shè)注意事項

簡易觀測設(shè)施的建設(shè)主要分為選址和施工兩個部分。結(jié)合當(dāng)前廣東18個簡易觀測設(shè)施的建設(shè)情況，總結(jié)出一些注意事項。

簡易觀測設(shè)施的選址直接影響到水文氣象自動觀測設(shè)備運行的安全及管理，選址的合理性將決定了觀測數(shù)據(jù)的使用價值。在選址方面主要注意一下幾點：

（1）周邊不能有大型障礙物，避免選在狹窄區(qū)域，以免影響潮位觀測代表性；

（2）選址點風(fēng)浪不能太大，最好避免風(fēng)暴潮直接沖擊區(qū)域，以免波浪影響潮位精度及破壞觀測設(shè)施；

（3）選址點附近不能有大型河流或排水管道匯入，以免徑流影響潮位；

（4）選址點避免在新填海區(qū)或海岸侵蝕嚴(yán)重的區(qū)域，以免產(chǎn)生沉降影響觀測設(shè)施水準(zhǔn)點；

（5）選址點避免在淤積較為嚴(yán)重的區(qū)域，以免堵塞井筒水體交換口；

（6）選址前應(yīng)了解當(dāng)?shù)匕l(fā)展需求，以免后期周邊開發(fā)建設(shè)影響觀測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性；

（7）選址點盡量選在碼頭、防波堤等已建工程上，可以降低施工難度也可以更好地保護觀測設(shè)施安全，但同時應(yīng)避免在船只?？繀^(qū)域，以免船只碰撞損壞觀測設(shè)施，例如碼頭、防波堤的轉(zhuǎn)角處；

（8）選址點應(yīng)與已建海洋及水利觀測設(shè)施有一定距離且平均分布，以免重復(fù)建設(shè)；

（9）選址區(qū)域盡量選在人口聚集、經(jīng)濟發(fā)達區(qū)域或重大項目等重點區(qū)域，觀測數(shù)據(jù)可更有效應(yīng)用于重點區(qū)域的海洋預(yù)警報及防災(zāi)減災(zāi)；

（10）選址點盡量避免人流大的區(qū)域，以免造成不必要的人為損壞；

（11）選址點應(yīng)盡量選在已有水準(zhǔn)點附近，以便進行水尺零點的水準(zhǔn)引測；

簡易觀測設(shè)施的建設(shè)施工決定了觀測設(shè)施的壽命，在施工方面主要注意：

（1）施工前要提前掌握當(dāng)?shù)爻辈罴案叱彼桓撸源_定水文觀測設(shè)備安裝的安全位置；

（2）驗潮井井口要高于理論最高潮位2米以上并有遮擋，以免涌浪沖入井口；

（3）防雷系統(tǒng)一定要接入地面，以免雷擊損壞設(shè)備；

（4）設(shè)施周邊要安裝防護欄及顯眼位置安放警示牌，降低人為破壞風(fēng)險；

（5）太陽能板方向應(yīng)安裝在正南，應(yīng)避免周邊有高建筑物遮擋；

（6）如建設(shè)地點周邊有較高的建筑物氣象設(shè)施應(yīng)安裝在其樓頂，否則應(yīng)安裝在標(biāo)準(zhǔn)風(fēng)塔上；

（7）氣溫濕度傳感器周邊應(yīng)鋪設(shè)隔熱和透水材料，以免風(fēng)塔或地面所散發(fā)的熱量和水蒸氣影響所測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；

（8）降水傳感器安裝應(yīng)盡量高于或遠離其他裝置，并且確保四周無遮擋；

（9）井筒水體交換口開口方向需由內(nèi)向外成45°傾斜狀，可減少垃圾片的進入并具有消波效果；

（10）如安裝在非標(biāo)準(zhǔn)碼頭上應(yīng)對整個簡易觀測設(shè)施底部進行強化。

2.4 建設(shè)中遇到的問題及解決方案

（1）淤積問題

簡易水文觀測設(shè)施一般要求在最低潮位時井筒底部水深能達到1 m以上，以確保最低潮位時觀測數(shù)據(jù)不受影響。但廣東省局部地區(qū)沿海淤積比較嚴(yán)重，在使用一段時間后會出現(xiàn)驗潮井水體交換孔被堵塞的情況，大大影響低潮時潮位數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。如果定期對其周邊進行清淤將耗費較大的人力物力。

針對這一問題，在選址時可盡量選在航道附近，因航道通航需要會定期進行清淤工程，可降低淤積的風(fēng)險，并在建設(shè)水文觀測設(shè)施時增加了引流管，引流管位置位于驗潮井底部上方，一端連接水體交換孔，管身向下傾斜約5°，向外延伸至水深較深的區(qū)域，引流管末端位于最低潮位下0.5至1 m處。

（2）灘涂問題

廣東省沿海灘涂較多，當(dāng)有需求在特定區(qū)域建設(shè)海洋觀測設(shè)施時，在區(qū)域內(nèi)不一定具備適合建設(shè)并且水深條件符合的地點。

針對這一問題，根據(jù)灘涂范圍的大小可選擇以下2種方式：

1）灘涂離岸距離較短時，可考慮在使用傳統(tǒng)的浮子式潮位儀的基礎(chǔ)上增加一個雷達式潮位儀。雷達式潮位儀可通過吊臂往外延伸一定距離獲取潮位數(shù)據(jù)，但在風(fēng)暴潮或波浪較大時觀測數(shù)據(jù)精度會受一定的影響，此時潮位一般較高，可通過浮子式潮位儀進行數(shù)據(jù)補充，提高潮位數(shù)據(jù)的精度；

2）灘涂離岸較遠時，可查找周邊海域是否有合適的建設(shè)平臺，如海上平臺、島礁、橋墩等，將觀測設(shè)施安裝其上。

（3）漫堤問題

廣東省是臺風(fēng)風(fēng)暴潮襲擊較為嚴(yán)重的地區(qū)，風(fēng)暴潮增水與天文潮高潮疊加時可達到5 m以上潮差。通常簡易觀測設(shè)施建設(shè)在港口碼頭上，而碼頭設(shè)施通常是允許越浪甚至是漫堤。這就增加了觀測設(shè)備被海水浸泡的風(fēng)險，而且浮子式潮位儀井筒頂端需高于最高潮位，井筒過高會降低其整體強度及維護難度。

針對這一問題，可將數(shù)據(jù)采集器安裝在周邊建筑物內(nèi)或風(fēng)塔上，觀測設(shè)施底部金屬部分增加防銹涂層。而潮位傳感器可改用壓力式潮位儀，井筒頂端只需高于碼頭即可，海水漫過其上也不影響潮位觀測。

3 建議

（1）國家海洋局及廣東省海洋主管部門已經(jīng)在廣東省沿海建設(shè)了40多個水文氣象觀測設(shè)施，但對照國家海洋局《海濱觀測規(guī)范》要求和參照國際海洋觀測站（點）布局慣例，在建設(shè)密度、數(shù)據(jù)處理和布局合理性等方面，都存在較大的建設(shè)空間和差距，需要從省、市級層面積極配合加大沿岸海洋觀測站建設(shè)力度，進一步優(yōu)化和完善整體布局。

根據(jù)廣東省沿海的海洋災(zāi)害情況及特點，在海洋災(zāi)害多發(fā)區(qū)、人口密集區(qū)及經(jīng)濟較發(fā)達地區(qū)適當(dāng)加密水文氣象觀測設(shè)施的建設(shè)，實現(xiàn)海洋觀測重點區(qū)域觀測設(shè)施沿海岸線平均分布間隔在30 km以內(nèi)。

（2）為符合國家海洋局提出的“一站多能”建設(shè)，建議在水質(zhì)敏感區(qū)域增加水質(zhì)監(jiān)測傳感器，在位于海島或其周邊有較大規(guī)模圍填海工程的水文氣象觀測設(shè)施上增加視頻監(jiān)視系統(tǒng)，在口門、灣口等區(qū)域可搭載雷達觀測系統(tǒng)增加觀測范圍。通過搭載不同觀測設(shè)備，將觀測設(shè)施打造成基礎(chǔ)扎實、功能完善的基層觀測監(jiān)測業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

（3）建議協(xié)調(diào)廣東省水利、氣象、珠江水利委員會等相關(guān)部門將其建設(shè)的水文站點及企業(yè)自建的海洋觀測設(shè)施納入海洋立體觀測網(wǎng)絡(luò)，建立健全海洋數(shù)據(jù)共享機制，開展海洋觀測資料的集成整合，實現(xiàn)省內(nèi)各部門數(shù)據(jù)資源共享。

（4）建議在現(xiàn)有國家海洋局中心站基礎(chǔ)上增加由地市直接管理的觀測監(jiān)測基地，構(gòu)建海洋應(yīng)急觀測監(jiān)測近岸海域快速反應(yīng)圈。

4 結(jié)論

隨著全國海洋經(jīng)濟的大發(fā)展及海洋防災(zāi)減災(zāi)工作的需求，海洋觀測需求也將日益增大，單純依賴傳統(tǒng)的長期觀測設(shè)施建設(shè)將跟不上需求的速度，建設(shè)簡易觀測設(shè)施將成為一個有力的補充。特別是在港口經(jīng)濟較為發(fā)達的區(qū)域，建設(shè)簡易觀測設(shè)施即可減少港口岸線的占用更可利用已有港口資源降低建設(shè)難度。本文結(jié)合廣東省18個簡易觀測設(shè)施的建設(shè)情況提出了一些注意事項及建議，可以為廣東省今后及其他地區(qū)建設(shè)簡易觀測設(shè)施提供參考。

[1] 駱敬新,劉克修,范文靜,祁冬梅,劉振民.全球海平面觀測系統(tǒng)現(xiàn)狀及對我國海洋站觀測的啟示[J].海洋開發(fā)與管理,2014(7).

[2] 林航.沿海長期驗潮站的建設(shè)探討[J].傳播傳媒,2014(16).

[3] 海濱觀測規(guī)范[M].科學(xué)出版社,國家海洋局編,1987.

2017-07-03