現(xiàn)代水文監(jiān)測技術(shù)

內(nèi)容簡介

本書按照現(xiàn)代水文監(jiān)測體系的框架和“駐巡結(jié)合、巡測優(yōu)先、測報自動、應(yīng)急”的水文監(jiān)測模式，介紹了新的現(xiàn)代水文監(jiān)測技術(shù)及其應(yīng)用實踐，主要內(nèi)容包括現(xiàn)代水文監(jiān)測體系、降水與蒸觀測、水位觀測、流量測驗、泥沙測驗、地下水和墑情監(jiān)測、水質(zhì)現(xiàn)場快速監(jiān)測和在線自動監(jiān)測、水生態(tài)監(jiān)測、水下地形測量、應(yīng)急監(jiān)測、水文巡測組織與實施、水文自動測報系統(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)用實踐介紹與評述，對水文監(jiān)測展的趨勢、智慧水文監(jiān)測體系和新的技術(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

水文監(jiān)測由監(jiān)測中心、通信網(wǎng)絡(luò)、前端監(jiān)測設(shè)備、測量設(shè)備四部分組成。

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

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

◆ 前端監(jiān)測設(shè)備：水文監(jiān)測終端。

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

水文監(jiān)測傳感技術(shù)

傳感技術(shù)是指從仿生學(xué)觀點，如果把計算機(jī)看成處理和識別信息的“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“感覺器官”。傳感技術(shù)是關(guān)于從自然信源獲取信息，并對之進(jìn)行處理（變換）和識別的一門多學(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）、信息處理和識別的規(guī)劃設(shè)計、開發(fā)、制/建造、測試、應(yīng)用及評價改進(jìn)等活動。

水文監(jiān)測數(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設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采非電量或者電量信號,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)合基于計算機(jī)或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。

水文監(jiān)測無線通信技術(shù)

無線通信主要是指超短波及微波電臺，采用DSP數(shù)字處理，軟件可調(diào)，實現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，?

京節(jié)點通有成熟的應(yīng)用。

水文監(jiān)測一般由信息采集、信息存儲和信息傳輸?shù)?個部分組成。水文信息通過傳感器或人工方式獲取后，以一定的方式記錄和存儲，一些需要實時水文信息的測站采取一定的方式傳輸?shù)较嚓P(guān)部門。

改革開放前，我國資料收集一般為人工方式，經(jīng)過近十幾年技術(shù)飛速發(fā)展，資料收集的自動化程度和現(xiàn)代化水平得到了極大提高。總的來說，水位和雨量收集的自動化程度要遠(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)具備了較高的自動化水平，其中的一些（如長江干流以及其主要支流出口處的所有水位、雨量項目）已經(jīng)實現(xiàn)了采集、存儲和傳輸?shù)娜套詣踊Ｏ鄬Χ?，流量、泥沙采集新技術(shù)和新儀器還不成熟，并無實質(zhì)性的進(jìn)步。

流量測驗的載體有纜道、測船、水工建筑物、橋梁等。其中纜道、測船和橋梁作為傳統(tǒng)流速儀法測流的施測載體，基本原理相同，只是根據(jù)不同的測站條件選擇適用的載體形式，并且只能通過升級載體的機(jī)械自動化水平來達(dá)到半自動化測流；水工建筑物利用水工程的相關(guān)信息施測或推算流量，屬于間接流量測驗方式；1956年長江流域規(guī)劃辦公室（現(xiàn)長江水利委員會）在北碚站上架設(shè)了我國第一座機(jī)動水文纜道，纜道因其的成本較低，通用性較好且技術(shù)成熟，我國目前有一半的流量測驗斷面選擇其作為主要測驗方式，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)。早期的橋測很多是修建水文專用測橋，20世紀(jì)七八十年代曾達(dá)到高峰，其后橋測方式逐漸減少。測船方式的成本較大，20世紀(jì)五六十年代，測船水文絞關(guān)、過河索吊船等技術(shù)取得了很大進(jìn)展，因而這一段時期，水文測站采用船測法，特別是過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。流量測驗基礎(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，很多設(shè)施經(jīng)過了更新改造，自動化程度總體上有所提高，但在測驗方式方面并沒有大的改變。

流量的記錄型式主要有自動測報、固態(tài)存儲和人工觀讀。自動測報實際上是指流量測驗從采集、存儲到傳輸?shù)囊幌盗羞^程的自動化，目前只有極少數(shù)測站達(dá)到這一水平，固態(tài)存儲均指流量信息采集后通過計算機(jī)等電子設(shè)備加以計算處理和記錄存儲。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、無線公網(wǎng)、電臺、話傳、人工數(shù)傳等。PSTN通過程控電話撥號數(shù)模轉(zhuǎn)換傳輸數(shù)據(jù)，理論上，有固定電話的測站配備調(diào)制解調(diào)器后均可以實現(xiàn)，成本也比較低，然而很多水文測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，這是PSTN并不是很普及的主要原因。衛(wèi)星傳輸是經(jīng)過測站的衛(wèi)星數(shù)據(jù)發(fā)射器傳送、通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的方式，目前長江流域普遍采用的衛(wèi)星有海事衛(wèi)星Inmarsat -C和我國自主研發(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)用相對較高。無線公網(wǎng)是通過移動服務(wù)提供商提供的2G (GSM)或2.5G (GPRS、CDMA)無線通信服務(wù)發(fā)送數(shù)字信息的傳輸方式，如常見的短信方式，該種方式只能在無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的地區(qū)使用。電臺是通過超短波進(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)電報等，均屬于較陳舊的工作方式。

前言

第1章 緒論

1.1 研究背景

1.1.1 國內(nèi)外水文監(jiān)測體系差別

1.1.2 水文監(jiān)測體系創(chuàng)新難點

1.1.3 水文監(jiān)測體系創(chuàng)新進(jìn)程

1.2 水文測驗體系現(xiàn)狀分析

1.2.1 我國水文測驗發(fā)展歷程

1.2.2 我國水文監(jiān)測體系存在問題

1.3 水文監(jiān)測體系創(chuàng)新需解決的關(guān)鍵技術(shù)

1.3.1 水文巡測、間測與應(yīng)急監(jiān)測技術(shù)

1.3.2 水文要素的自動監(jiān)測技術(shù)

1.3.3 水文規(guī)范與新技術(shù)的適應(yīng)性

第2章 水文測驗服務(wù)體系需求

2.1 經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與水文

2.1.1 我國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展現(xiàn)狀與特點

2.1.2 社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展對水文的要求

2.2 防洪減災(zāi)對水文測驗的需求分析

2.2.1 防洪形勢對水文測驗的要求

2.2.2 防洪水文測驗流量測次控制要求

2.2.3 水位流量同化報汛及誤差傳播

2.3 工程建設(shè)對水文測驗的需求分析

2.3.1 工程建設(shè)對水文測驗的要求

2.3.2 水文特征值誤差分析

2.3.3 創(chuàng)新系列的模擬

2.3.4 創(chuàng)新水文系列代表性分析

2.4 最嚴(yán)格水資源管理對水文測驗的需求分析

2.4.1 最嚴(yán)格水資源管理制度對水文測驗的要求

2.4.2 最嚴(yán)格水資源管理制度的水文測驗技術(shù)路線

2.4.3 低水流量測驗測次優(yōu)化及水位流量關(guān)系同化技術(shù)

2.5 社會對水文測驗的需求分析

第3章 水文測驗管理體系

3.1 水文測驗體系的構(gòu)成

3.1.1 水文測驗管理體系的要素

3.1.2 水文測驗管理體系的技術(shù)結(jié)構(gòu)

3.1.3 水文測驗管理體系的影響因素

3.2 美國的水文測驗體系簡介

3.2.1 水文測驗管理體系

3.2.2 水文測驗方式和支撐技術(shù)

3.2.3 水文監(jiān)測儀器設(shè)備

3.3 我國水文測驗體系的現(xiàn)狀

3.3.1 水文測驗管理方式

3.3.2 水文監(jiān)測手段

3.3.3 水文巡測現(xiàn)狀

3.4 水文測驗管理體系創(chuàng)新

3.4.1 創(chuàng)新原則

3.4.2 管理體系的框架構(gòu)建

3.5 關(guān)鍵巡測技術(shù)的研究與實踐

3.5.1 水位流量關(guān)系巡測單值化

3.5.2 長江水文測驗體系創(chuàng)新實踐

第4章 流量測驗方法創(chuàng)新

4.1 現(xiàn)有流量測驗技術(shù)綜述

4.1.1 流量測驗方式

4.1.2 流量測驗儀器

4.2 纜道測驗智能控制技術(shù)

4.2.1 水文纜道的控制技術(shù)現(xiàn)狀

4.2.2 水文纜道的智能控制設(shè)計

4.2.3 水文纜道的智能控制實例

4.2.4 水文纜道偏角遙測技術(shù)

4.3 水文測船測驗自動化技術(shù)

4.3.1 水文測船測驗現(xiàn)狀

4.3.2 水文測船測驗自動化設(shè)計原則

4.3.3 水文測船測驗自動化實現(xiàn)

4.3.4 水文測船專用絞車

4.3.5 水文測船液壓支臂裝置

4.4 流量快速測量技術(shù)

4.4.1 快速流量監(jiān)測的基本原理

4.4.2 動船法流量測量技術(shù)

4.4.3 走航式聲學(xué)多普勒測流技術(shù)

4.4.4 非接觸流量測驗技術(shù)

4.5 流量實時監(jiān)測技術(shù)

4.5.1 河流流量實時監(jiān)測原理

4.5.2 水位流量關(guān)系法

4.5.3 流速面積代表線法

第5章 泥沙測驗方法研究

5.1 懸移質(zhì)泥沙測驗技術(shù)

5.1.1 國內(nèi)外懸移質(zhì)泥沙測驗現(xiàn)狀

5.1.2 調(diào)壓積時式采樣器的技術(shù)改進(jìn)

5.1.3 現(xiàn)場快速泥沙測量技術(shù)

5.1.4 實時在線泥沙測量技術(shù)

5.1.5 流量泥沙異步測量方法

5.2 推移質(zhì)泥沙測驗技術(shù)

5.2.1 推移質(zhì)泥沙測驗現(xiàn)狀與需求

5.2.2 礫卵石推移質(zhì)采樣器開發(fā)

5.2.3 沙質(zhì)推移質(zhì)采樣器研制

5.3 河床質(zhì)勘測技術(shù)

5.3.1 河床質(zhì)勘測現(xiàn)狀

5.3.2 河床組成勘測

5.3.3 干容重觀測

5.4 泥沙顆粒級配分析技術(shù)

5.4.1 泥沙顆粒級配分析現(xiàn)狀

5.4.2 懸移質(zhì)泥沙級配快速分析技術(shù)

5.4.3 懸移質(zhì)級配分析方法成果轉(zhuǎn)換

第6章 水文應(yīng)急監(jiān)測實用技術(shù)

6.1 水文應(yīng)急監(jiān)測體系現(xiàn)狀

6.1.1 水文應(yīng)急監(jiān)測的任務(wù)與特點

6.1.2 水文應(yīng)急監(jiān)測與常規(guī)水文測驗的區(qū)別

6.1.3 我國水文應(yīng)急監(jiān)測現(xiàn)狀

6.2 水文應(yīng)急監(jiān)測管理體系建設(shè)

6.2.1 水文應(yīng)急監(jiān)測管理體系建設(shè)原則

6.2.2 水文應(yīng)急監(jiān)測隊伍建設(shè)

6.2.3 水文應(yīng)急監(jiān)測保障機(jī)制

6.2.4 水文應(yīng)急監(jiān)測方案

6.2.5 應(yīng)急監(jiān)測報告的編制

6.3 水文應(yīng)急監(jiān)測工作內(nèi)容與方法

6.3.1 分洪、潰口洪水監(jiān)測

6.3.2 堰塞湖監(jiān)測

6.4 應(yīng)急監(jiān)測成果的質(zhì)量控制

第7章 水文測驗精度控制技術(shù)

7.1 水文測驗精度控制體系

7.1.1 單次測驗精度控制

7.1.2 時段量精度控制

7.1.3 水文測驗誤差評估方法

7.2 流量測驗新技術(shù)精度研究

7.2.1 聲學(xué)多普勒流速儀流量測驗精度

7.2.2 流量間測精度分析

7.2.3 水位流量關(guān)系單值化精度分析

7.2.4 流量測次精簡分析

7.3 泥沙測驗新技術(shù)精度研究

7.3.1 現(xiàn)場激光粒度分析儀精度

7.3.2 單沙垂線精簡與斷沙間測精度分析

7.3.3 全斷面混合取樣精度分析

7.3.4 流量泥沙異步測驗精度分析

7.3.5 泥沙測次精簡分析

第8章 水文資料整編新技術(shù)

8.1 現(xiàn)有水文整編技術(shù)綜述

8.2 水位數(shù)據(jù)整理新技術(shù)

8.2.1 水位數(shù)據(jù)處理技術(shù)的現(xiàn)狀

8.2.2 水位數(shù)據(jù)處理新技術(shù)基本原理

8.2.3 關(guān)鍵參數(shù)的確定與節(jié)點數(shù)據(jù)的處理

8.2.4 水位數(shù)據(jù)處理新技術(shù)在長江上游地區(qū)的應(yīng)用

8.3 流量整編新技術(shù)

8.3.1 在線監(jiān)測資料整編技術(shù)

8.3.2 走航式聲學(xué)多普勒流速剖面儀數(shù)據(jù)后處理技術(shù)

8.3.3 潮流量整編技術(shù)研究

8.4 泥沙整編新技術(shù)

8.4.1 激光粒度儀顆分資料整編

8.4.2 推移質(zhì)輸沙率整編

8.5 應(yīng)急監(jiān)測水文資料整理

8.5.1 應(yīng)急資料整理要求

8.5.2 水文應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)的整理與檢查

8.5.3 水文應(yīng)急監(jiān)測數(shù)據(jù)分層

8.5.4 水文應(yīng)急監(jiān)測等高線處理

第9章 水文測驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性研究

9.1 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)概況

9.2 現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性研究

9.2.1 現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的積極作用

9.2.2 現(xiàn)有主要測驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性評價

9.2.3 現(xiàn)有技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)存在的主要問題

9.3 水文測驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新實踐

9.3.1 水文測驗標(biāo)準(zhǔn)體系創(chuàng)新

9.3.2 已頒標(biāo)準(zhǔn)的修訂和完善

9.3.3 水文測驗標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)新總結(jié)

第10章 總結(jié)及展望

10.1 創(chuàng)新總結(jié)

10.2 水文監(jiān)測發(fā)展展望

參考文獻(xiàn)