水文監(jiān)測(cè)水文監(jiān)測(cè)手段

水文監(jiān)測(cè)一般由信息采集、信息存儲(chǔ)和信息傳輸?shù)?個(gè)部分組成。水文信息通過(guò)傳感器或人工方式獲取后，以一定的方式記錄和存儲(chǔ)，一些需要實(shí)時(shí)水文信息的測(cè)站采取一定的方式傳輸?shù)较嚓P(guān)部門。

改革開(kāi)放前，我國(guó)資料收集一般為人工方式，經(jīng)過(guò)近十幾年技術(shù)飛速發(fā)展，資料收集的自動(dòng)化程度和現(xiàn)代化水平得到了極大提高?？偟膩?lái)說(shuō)，水位和雨量收集的自動(dòng)化程度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于流量。一些流域和地區(qū)的水位和雨量信息已經(jīng)具備了較高的自動(dòng)化水平，其中的一些（如長(zhǎng)江干流以及其主要支流出口處的所有水位、雨量項(xiàng)目）已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了采集、存儲(chǔ)和傳輸?shù)娜套詣?dòng)化。相對(duì)而言，流量、泥沙采集新技術(shù)和新儀器還不成熟，并無(wú)實(shí)質(zhì)性的進(jìn)步。

流量測(cè)驗(yàn)的載體有纜道、測(cè)船、水工建筑物、橋梁等。其中纜道、測(cè)船和橋梁作為傳統(tǒng)流速儀法測(cè)流的施測(cè)載體，基本原理相同，只是根據(jù)不同的測(cè)站條件選擇適用的載體形式，并且只能通過(guò)升級(jí)載體的機(jī)械自動(dòng)化水平來(lái)達(dá)到半自動(dòng)化測(cè)流；水工建筑物利用水工程的相關(guān)信息施測(cè)或推算流量，屬于間接流量測(cè)驗(yàn)方式；1956年長(zhǎng)江流域規(guī)劃辦公室（現(xiàn)長(zhǎng)江水利委員會(huì)）在北碚站上架設(shè)了我國(guó)第一座機(jī)動(dòng)水文纜道，纜道因其的成本較低，通用性較好且技術(shù)成熟，我國(guó)目前有一半的流量測(cè)驗(yàn)斷面選擇其作為主要測(cè)驗(yàn)方式，這些斷面較多地分布在適合建造纜道的中小河流和河流的中上游地區(qū)。早期的橋測(cè)很多是修建水文專用測(cè)橋，20世紀(jì)七八十年代曾達(dá)到高峰，其后橋測(cè)方式逐漸減少。測(cè)船方式的成本較大，20世紀(jì)五六十年代，測(cè)船水文絞關(guān)、過(guò)河索吊船等技術(shù)取得了很大進(jìn)展，因而這一段時(shí)期，水文測(cè)站采用船測(cè)法，特別是過(guò)河索吊船方式的較多。水工建筑物的使用條件很苛刻，只能應(yīng)用在具備條件的地方，所占比例較小。流量測(cè)驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施和設(shè)備，絕大多數(shù)是在20世紀(jì)七八十年代配備完成的，二三十年來(lái)，很多設(shè)施經(jīng)過(guò)了更新改造，自動(dòng)化程度總體上有所提高，但在測(cè)驗(yàn)方式方面并沒(méi)有大的改變。

流量的記錄型式主要有自動(dòng)測(cè)報(bào)、固態(tài)存儲(chǔ)和人工觀讀。自動(dòng)測(cè)報(bào)實(shí)際上是指流量測(cè)驗(yàn)從采集、存儲(chǔ)到傳輸?shù)囊幌盗羞^(guò)程的自動(dòng)化，目前只有極少數(shù)測(cè)站達(dá)到這一水平，固態(tài)存儲(chǔ)均指流量信息采集后通過(guò)計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備加以計(jì)算處理和記錄存儲(chǔ)。人工觀讀是最為傳統(tǒng)和效率最低的方式。

水文信息傳輸方式主要有PSTN、衛(wèi)星、無(wú)線公網(wǎng)、電臺(tái)、話傳、人工數(shù)傳等。PSTN通過(guò)程控電話撥號(hào)數(shù)模轉(zhuǎn)換傳輸數(shù)據(jù)，理論上，有固定電話的測(cè)站配備調(diào)制解調(diào)器后均可以實(shí)現(xiàn)，成本也比較低，然而很多水文測(cè)站分布在人煙稀少的偏遠(yuǎn)農(nóng)村，農(nóng)網(wǎng)電話線路可致使數(shù)據(jù)傳輸出錯(cuò)，這是PSTN并不是很普及的主要原因。衛(wèi)星傳輸是經(jīng)過(guò)測(cè)站的衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)射器傳送、通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的方式，目前長(zhǎng)江流域普遍采用的衛(wèi)星有海事衛(wèi)星Inmarsat -C和我國(guó)自主研發(fā)的北斗衛(wèi)星兩種形式，衛(wèi)星方式基本不受區(qū)域限制，但是通信費(fèi)用相對(duì)較高。無(wú)線公網(wǎng)是通過(guò)移動(dòng)服務(wù)提供商提供的2G (GSM)或2.5G (GPRS、CDMA)無(wú)線通信服務(wù)發(fā)送數(shù)字信息的傳輸方式，如常見(jiàn)的短信方式，該種方式只能在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)使用。電臺(tái)是通過(guò)超短波進(jìn)行信息傳輸?shù)姆绞?，不需通信費(fèi)用，但通信距離有限，且受地形影響。話傳和人工數(shù)傳都屬于人工方式，不同的是話傳是人工打電話，人工數(shù)傳是人工發(fā)電報(bào)等，均屬于較陳舊的工作方式。

河流水量、水質(zhì)、生態(tài)等信息，對(duì)于河流健康保護(hù)十分必要，衛(wèi)星遙感、水情遙測(cè)等新技術(shù)層出不窮，則對(duì)建立新型水文監(jiān)測(cè)制度與方法提供很好的契機(jī)與條件。

美國(guó)學(xué)者1997年就認(rèn)識(shí)到，天然水流的流態(tài)為河流的恢復(fù)和保護(hù)提供了一個(gè)可以經(jīng)受時(shí)間檢驗(yàn)的“處方”。澳大利亞昆士蘭省2000年通過(guò)了新的水法，科學(xué)家小組使用“基準(zhǔn)量測(cè)法”來(lái)制定環(huán)境需水量。南非包含強(qiáng)制“保留水量”的新《水法》通過(guò)一年后，政府又發(fā)布了指導(dǎo)綱要，詳細(xì)地說(shuō)明了如何確定“保留水量”，如今許多南非科學(xué)家都忙于確定各大流域的各種用水量，包括生態(tài)用水量。而這與水文監(jiān)測(cè)資料直接相關(guān)?？茖W(xué)家多年的研究，也使美國(guó)建立了準(zhǔn)確的預(yù)報(bào)模型，能夠準(zhǔn)確預(yù)報(bào)未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)的降雨量，同時(shí)也能準(zhǔn)確地預(yù)報(bào)這些降雨量將在哥倫比亞河流中形成多少流量，使各大河流在不筑大壩的情況下，防洪成為可能。而且，美國(guó)的若干機(jī)構(gòu)都需要并參與哥倫比亞地區(qū)的降雨量和河流流量的預(yù)報(bào)，比如美國(guó)工程師兵團(tuán)、哥倫比亞河流預(yù)報(bào)中心、美同天氣預(yù)報(bào)河流預(yù)報(bào)中心、美國(guó)地質(zhì)測(cè)量組織、美國(guó)自然資源保護(hù)中心、哥倫比亞河流管理公司、兩北電力庫(kù)等。

要實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代水文管理模式，必須首先對(duì)現(xiàn)有的站網(wǎng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。然而，現(xiàn)有水文站網(wǎng)的規(guī)劃方法尚不成熟，并與當(dāng)前的治水思路不相適應(yīng)。主要表現(xiàn)在我國(guó)大多數(shù)水文測(cè)站是20世紀(jì)60年代以前主要為防汛服務(wù)設(shè)立的，功能單一，設(shè)站目的和任務(wù)已經(jīng)嚴(yán)重滯后。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)有站網(wǎng)結(jié)構(gòu)和布局已不能適應(yīng)水資源開(kāi)發(fā)管理、生態(tài)環(huán)境建設(shè)、河道整治的需要，無(wú)法滿足水資源優(yōu)化配置的要求，同時(shí)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足城市防洪和城市水資源管理的需要。因此，必須加強(qiáng)水文、水環(huán)境、水生態(tài)、水土保持、采砂、河道觀測(cè)、灌溉試驗(yàn)、野外科學(xué)觀測(cè)等監(jiān)測(cè)站網(wǎng)規(guī)劃，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析弄清社會(huì)需求，適當(dāng)增加站網(wǎng)密度，完善站網(wǎng)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)各類監(jiān)測(cè)站網(wǎng)的有機(jī)結(jié)合，提升站網(wǎng)整體功能。

水文站網(wǎng)調(diào)整依賴于水文巡測(cè)技術(shù)的提高，水文巡測(cè)技術(shù)是站網(wǎng)調(diào)整的前提。目前，我國(guó)水文觀測(cè)成果均要求整編，對(duì)于駐守站，因測(cè)次較多，一般均可以滿足整編定線的需要。然而開(kāi)展巡測(cè)以后，因測(cè)次減少，盡管每次測(cè)驗(yàn)的精度有所提高，但不能控制水情變化的全過(guò)程，整編有一定的難度。20世紀(jì)70-80年代，開(kāi)展的水位流量單值化分析，對(duì)解決部分地區(qū)的巡測(cè)資料整編起到了相當(dāng)大的作用，但對(duì)于諸如受水利工程影響、河口感潮河段、濱湖地區(qū)的水文巡測(cè)資料的整編仍然未取得突破，嚴(yán)重限制了水文巡測(cè)資料的使用價(jià)值，制約了水文管理模式的改革，尋求對(duì)水文巡測(cè)資料的整編方法是水文所要解決的重點(diǎn)問(wèn)題之一。

水文監(jiān)測(cè)由監(jiān)測(cè)中心、通信網(wǎng)絡(luò)、前端監(jiān)測(cè)設(shè)備、測(cè)量設(shè)備四部分組成。

◆ 監(jiān)測(cè)中心：由服務(wù)器、公網(wǎng)專線（或移動(dòng)專線）、水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件組成。

◆ 通信網(wǎng)絡(luò)：GPRS/短消息/北斗衛(wèi)星、Internet公網(wǎng)/移動(dòng)專線。

◆ 前端監(jiān)測(cè)設(shè)備：水文監(jiān)測(cè)終端。

◆ 測(cè)量設(shè)備：雨量傳感器、水位計(jì)、工業(yè)照相機(jī)或其它儀表變送器。

水文監(jiān)測(cè)傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是指從仿生學(xué)觀點(diǎn)，如果把計(jì)算機(jī)看成處理和識(shí)別信息的“大腦”，把通信系統(tǒng)看成傳遞信息的“神經(jīng)系統(tǒng)”的話，那么傳感器就是“感覺(jué)器官”。傳感技術(shù)是關(guān)于從自然信源獲取信息，并對(duì)之進(jìn)行處理（變換）和識(shí)別的一門多學(xué)科交叉的現(xiàn)代科學(xué)與工程技術(shù)，它涉及傳感器（又稱換能器）、信息處理和識(shí)別的規(guī)劃設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、制/建造、測(cè)試、應(yīng)用及評(píng)價(jià)改進(jìn)等活動(dòng)。

水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集技術(shù)

數(shù)據(jù)采集是指從傳感器和其它待測(cè)設(shè)備等模擬和數(shù)字被測(cè)單元中自動(dòng)采非電量或者電量信號(hào),送到上位機(jī)中進(jìn)行分析,處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計(jì)算機(jī)或者其他專用測(cè)試平臺(tái)的測(cè)量軟硬件產(chǎn)品來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測(cè)量系統(tǒng)。

水文監(jiān)測(cè)無(wú)線通信技術(shù)

無(wú)線通信主要是指超短波及微波電臺(tái)，采用DSP數(shù)字處理，軟件可調(diào)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ欧绞剑?

京節(jié)點(diǎn)通有成熟的應(yīng)用。

水文監(jiān)測(cè)是指通過(guò)科學(xué)方法對(duì)自然界水的時(shí)空分布、變化規(guī)律進(jìn)行監(jiān)控、測(cè)量、分析以及預(yù)警等的一個(gè)復(fù)雜而全面的系統(tǒng)工程，是一門綜合性學(xué)科。

用于水文測(cè)驗(yàn)的儀器設(shè)備主要包括巡測(cè)車、測(cè)量船，水位、雨量自記設(shè)備，流量泥沙測(cè)驗(yàn)設(shè)備。

水文監(jiān)測(cè)巡測(cè)車

巡測(cè)車配備了較齊全的水文測(cè)驗(yàn)設(shè)備，有常用測(cè)量?jī)x器、救生衣、涉水測(cè)驗(yàn)服裝、安裝工具、ADCP等，有的巡測(cè)車上還配備機(jī)械臂，用于橋上測(cè)流。巡測(cè)車起到了我國(guó)水文站站房的部分作用，可形象地喻作“流動(dòng)的水文站”。

水文監(jiān)測(cè)測(cè)船

測(cè)船的大小根據(jù)測(cè)站的水流特性配置，船長(zhǎng)約4～6m，寬約2～3m，船體材質(zhì)為不銹鋼、玻璃鋼、鋁合金、橡膠等，通常安裝有兩個(gè)汽油發(fā)動(dòng)機(jī)，功率約為200HP。船上無(wú)拋錨設(shè)備，配備的主要儀器設(shè)備有：易裝卸的ADCP安裝支架、差分GPS、激光測(cè)距儀、紅外水溫測(cè)量?jī)x、小型電動(dòng)水文絞車、救生衣等。

水文監(jiān)測(cè)水位觀測(cè)設(shè)備

水位觀測(cè)的儀器設(shè)備主要有氣泡式、壓力式、浮子式、非接觸式雷達(dá)水位計(jì)等，用得較多的是壓力式。用于檢校水位自記儀測(cè)量誤差的設(shè)備主要有懸垂式水尺，除此之外也有一般的直立式，還有為便于洪峰過(guò)后洪痕測(cè)量的洪峰水尺。

水文監(jiān)測(cè)降水觀測(cè)設(shè)備

降水觀測(cè)設(shè)備主要采用翻斗式雨量計(jì)，并具有固態(tài)存儲(chǔ)記錄和遙測(cè)實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳的功能。

水文監(jiān)測(cè)流量測(cè)驗(yàn)設(shè)備

流量測(cè)驗(yàn)主要采用ADCP、H- ADCP及涉水測(cè)量的ADP (ADV)，極少測(cè)站采用轉(zhuǎn)子式流速儀測(cè)流。ADCP的使用由各州水科學(xué)中心統(tǒng)一調(diào)度，1臺(tái)ADCP可用于10～20個(gè)測(cè)站甚至更多測(cè)站的流量測(cè)驗(yàn)，使用效率很高。ADCP在投產(chǎn)前需進(jìn)行嚴(yán)格的比測(cè)試驗(yàn)，以美國(guó)密蘇里州水科學(xué)中心為例，ADCP在正式投產(chǎn)前，在不同水沙特性的測(cè)站，連續(xù)至少5～8年與流速儀法比測(cè)，測(cè)次多達(dá)200余次。在ADCP測(cè)流精度滿足要求后，再在所有測(cè)站全面推廣應(yīng)用。 2100433B

重慶市水文監(jiān)測(cè)總站是一個(gè)集體。

獲得榮譽(yù)

2021年4月27日，中華全國(guó)總工會(huì)授予其全國(guó)工人先鋒號(hào)。

2021年6月，市水文監(jiān)測(cè)總站黨總支被中共重慶市委授予“重慶市先進(jìn)基層黨組織”稱號(hào) 。2100433B

內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書按照現(xiàn)代水文監(jiān)測(cè)體系的框架和“駐巡結(jié)合、巡測(cè)優(yōu)先、測(cè)報(bào)自動(dòng)、應(yīng)急”的水文監(jiān)測(cè)模式，介紹了新的現(xiàn)代水文監(jiān)測(cè)技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)踐，主要內(nèi)容包括現(xiàn)代水文監(jiān)測(cè)體系、降水與蒸觀測(cè)、水位觀測(cè)、流量測(cè)驗(yàn)、泥沙測(cè)驗(yàn)、地下水和墑情監(jiān)測(cè)、水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)快速監(jiān)測(cè)和在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)、水生態(tài)監(jiān)測(cè)、水下地形測(cè)量、應(yīng)急監(jiān)測(cè)、水文巡測(cè)組織與實(shí)施、水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、水文數(shù)據(jù)處理與管理等方面的新方法、新技術(shù)及其應(yīng)用實(shí)踐介紹與評(píng)述，對(duì)水文監(jiān)測(cè)展的趨勢(shì)、智慧水文監(jiān)測(cè)體系和新的技術(shù)進(jìn)行了展望。本書可供水文水資源及水生態(tài)環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域的科研工作者和水利工程技術(shù)人員參考，也可作為高等院校相關(guān)專業(yè)的本科和研究生教材以及水文系統(tǒng)干部職工的培訓(xùn)教材。 2100433B

方少文：省水文監(jiān)測(cè)中心主任