四川水文遙測系統(tǒng)發(fā)展歷程回顧

薛內(nèi)川，康一彬

(四川省水文水資源勘測局，成都，610037)

1 引言

水文資料的收集，與國民經(jīng)濟各行各業(yè)的建設是密切相關的，不管是公路、橋梁、水庫、渠道、臨河建設，還是城市、鄉(xiāng)村防汛等，都需要水文、氣象資料支撐。老一輩水文工作者為收集雨量、水位、流量、泥沙等水文基礎資料，終年不分晝夜，堅守在偏僻的水文測站，定時、不定時地收集和測量各類水文數(shù)據(jù)。在規(guī)定時間拿上專用量杯、披上雨衣進行雨量觀讀；帶上水位記錄本、穿上救生衣、拿上手電筒，前往河邊測驗斷面并進行測量；踏上測船、吊箱逐點作流速測量。他們不管白天黑夜、刮風下雨、雷鳴閃電，還是過年過節(jié)都堅守于偏僻的水文測站，按測驗任務要求完成每一次、每一日、每一月、每一年的水文測驗工作。多少水文先輩為了完成一次流量資料的測驗，獻出了自己寶貴的生命；多少前輩為收集到一年完整的水文數(shù)據(jù)獻出自己的青春、付出自己的一生。

隨著科學技術的發(fā)展，水文測驗設施設備也在不斷的升級。自記雨量、自記水位、水文纜道等測驗設備相繼出現(xiàn)，減輕了各測站職工勞動強度，減少了傷亡，但還是必須在測站進行駐測，監(jiān)測手段還是較為落后。如今科學技術與互聯(lián)網(wǎng)信息技術日新月異，遙測技術也隨之引入水文領域，使水文遙測技術逐步發(fā)展壯大。

2 沿革

1987年至1992年，水利部首次規(guī)模性引進美國技術建設了四川省漁子溪流域無人值守水文站遙測系統(tǒng)，系統(tǒng)采用國外極軌衛(wèi)星完成遙測信息的收集。這是我省水文系統(tǒng)首個水文遙測系統(tǒng)，為我省水文測驗應用遙測技術邁出了第一步。

1994年至1997年，四川省沱江上游流域水文自動測報系統(tǒng)，采用我省自主研發(fā)的遙測設備，建于成都水文局三皇廟水文站及上游沱江河流站點，為我省水文遙測系統(tǒng)的發(fā)展奠定基礎。系統(tǒng)采用超短波為傳輸信道，實現(xiàn)了采集信息的實時傳輸。

1998年至2000年，國家開展了防汛指揮系統(tǒng)水情分中心示范區(qū)建設，我省建設了雅安水情分中心(含雅安市和甘孜州區(qū)域)。為我省防汛遙測系統(tǒng)建設與發(fā)展拉開序幕。系統(tǒng)采用短波和通信衛(wèi)星信道，實現(xiàn)了系統(tǒng)的遠程組網(wǎng)。

2005年至2008年，三峽屏(山)寸(灘)區(qū)間水情遙測系統(tǒng)，關鍵設備采用美國產(chǎn)品，系統(tǒng)共有300個站點，其中覆蓋和建設我省成都、綿陽、內(nèi)江、南充、雅安、達州、眉山7個分中心185個雨量、水位遙測站；同期，國家防汛指揮系統(tǒng)一期開始建設，在成都、綿陽、南充、達州設立4個分中心，我省水文遙測系統(tǒng)建設逐步進入高潮。

2008年至2012年，在“5·12”汶川特大地震災后重建中，對成都、阿壩、綿陽、雅安、南充、達州水文局受災站點恢復重建。率先在成都、阿壩、綿陽利用水文纜道行車搭載固定電波流速儀替代浮標進行中高洪水流量測驗，開創(chuàng)了高水流量測驗新技術，拓展了水文自動測報系統(tǒng)的信息采集范圍。

為了統(tǒng)一信息傳輸格式，使不同項目遙測站采集數(shù)據(jù)達到兼容，2008年四川省水文局編制《水文測報系統(tǒng)技術規(guī)約和協(xié)議》，規(guī)范和統(tǒng)一了我省水文遙測系統(tǒng)技術通訊協(xié)議。

2010年至2014年，中小河流水文遙測系統(tǒng)一期，全省21個市州的雨量站、水位站，由全省市州水務局承建，后期由市州水文局接收；同期各市州水文局對所屬中小河流水文站進行改造；由省防辦于眉山、廣元、涼山、內(nèi)江、阿壩等水文局承建國家防汛指揮系統(tǒng)二期，交由相關各水文局管理、運行，擴大了我省水文遙測系統(tǒng)規(guī)模。

2013年至2015年，“4·20”雅安蘆山特大地震災后重建遙測系統(tǒng)，由雅安、成都、眉山相關水文局對遙測系統(tǒng)進一步地補充。

2015至2018年，四川省水文局對《水文測報系統(tǒng)技術規(guī)約和協(xié)議》進行了進一步修訂與完善；針對突發(fā)山洪地質(zhì)災害不斷發(fā)生，成功自主研發(fā)小型一體化水文應急監(jiān)測遙測設備，提高了四川水文應急監(jiān)測遙測能力。自主研發(fā)雨量滴定測試儀，保障遙測雨量數(shù)據(jù)采集準確性。

2015年至2019年，中小河流水文遙測系統(tǒng)二期，由全省21個市州水務局承建，后期由各市州水文局接收、管理、運行，將流量在線監(jiān)測納入水文遙測系統(tǒng)監(jiān)測要素，使水文遙測技術得到創(chuàng)新。

綜上統(tǒng)計，我省目前共計近5700多個站點在平臺上運行，其監(jiān)測項目從原來僅有的水位、雨量自動采集與傳輸，擴增到流量、蒸發(fā)、水質(zhì)與水資源監(jiān)測等項目的自動監(jiān)測。

3 歷程

3.1 遙測技術引入水文

3.2 自主研發(fā)與創(chuàng)新

我局于1997年成功地自主研發(fā)了水文遙測數(shù)據(jù)采集終端機(RTU)，由四川省成都水文水資源勘測局設備科與預報科共同承建與運行維護，將其應用于沱江三皇廟水文站以上流域。建立了我省第一套自主研發(fā)的沱江上游水文自動測報系統(tǒng)，主要站點有石堤堰、關口、新橋、漢王場、青坪、天池、馬井、紅白、大寶、黃許、高景關、三皇廟等水位、雨量遙測站，該系統(tǒng)采用超短波為信息傳輸載體。該系統(tǒng)水位、雨量采集數(shù)據(jù)上傳及時、準確，在1998年防洪預報等中得到了充分的體現(xiàn)。

3.3 明確方向投入建設

我國水文遙測設備研發(fā)突飛猛進，隨著招投標制度的強化與完善，第三方承建單位不斷涌現(xiàn)，從國家防汛指揮系統(tǒng)示范區(qū)建設開始，均采取招標方式建設我省的各類遙測系統(tǒng)。首先是雅安水文局的示范區(qū)，含地處甘孜州在內(nèi)的共計17個水文站及雨量站，因當時僅有PSTN、短波與超短波、以及未普及民用的同步衛(wèi)星，而有線PSTN通訊受地域限制、運行不穩(wěn)定以及費用較高，超短波通信難以實現(xiàn)長距離傳輸?shù)葪l件限制，采用短波與同步衛(wèi)星組合信道方式。由于短波干擾較為嚴重，同步衛(wèi)星運行不穩(wěn)定，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收成功率遠不能達到預期效果，使得遙測信息通信手段呈現(xiàn)瓶頸，而后改為移動GSM短信，也因短信信息出現(xiàn)排隊、擁堵等現(xiàn)象，其通信瓶頸情況未得到根本解決。

3.4 把握時機，引入新資源

隨著我國移動通信迅速發(fā)展，移動通信網(wǎng)絡覆蓋面迅速擴大，2005年根據(jù)三峽梯調(diào)建設“屏-寸區(qū)間水情測報系統(tǒng)”計劃，我局承擔了主要設計工作，該系統(tǒng)共計300個遙測站點，分布在四川、重慶、云南、貴州以及湖北共5個省(市)，其中在我省7個地區(qū)局建設水位、雨量站點共計185個。我省水文局與相關各局積極配合，參與系統(tǒng)建設站點的現(xiàn)場查勘、信道測試，系統(tǒng)建設與運行管理。信道測試主要有移動公司的GSM短信信道、電信和聯(lián)通的CDMA短信信道、北斗衛(wèi)星短信信道、海事衛(wèi)星短信道以及PSTN有線信道。通過測試及數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析，最終選用PSTN有線信道、移動GSM、北斗衛(wèi)星短信為系統(tǒng)建設通信信道，解決了我省遙測信息傳輸通信信道的瓶頸，加快了水文遙測系統(tǒng)建設的步伐。在深度參與三峽遙測系統(tǒng)的建設與管理過程中，全省水文系統(tǒng)在遙測系統(tǒng)及水文基礎設施建設與管理工作中積累了不少經(jīng)驗，建設與管理工作也更加規(guī)范。

2008年5月初完成系統(tǒng)建設任務，在緊隨的2008年5月12日的汶川特大地震中，三峽遙測系統(tǒng)在震區(qū)堰塞湖水文監(jiān)測中發(fā)揮了極大作用。在移動通信一度中斷的情況下，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)均由北斗衛(wèi)星短信上傳至中心站平臺，為震區(qū)堰塞湖處置提供了有力的決策依據(jù)，同時也為我省遙測系統(tǒng)后期通訊信道的選取明確了方向。

3.5 規(guī)范要求，大膽創(chuàng)新

通過不斷學習、總結與沉淀，結合移動通信GPRS網(wǎng)絡發(fā)展進程，根據(jù)水文資料的收集、預警預報實時需求，自2008年災后重建水情遙測系統(tǒng)建設開始，在省水文局各級領導大力支持下，以康一彬、林偉、趙國茂、薛內(nèi)川等為主的技術隊伍，編制了一套適用、合理、可操作的《水文測報系統(tǒng)技術規(guī)約和協(xié)議》。規(guī)范、統(tǒng)一了我省水文遙測系統(tǒng)通訊規(guī)約和協(xié)議，并應用于國家防汛指揮系統(tǒng)、災后重建水文遙測系統(tǒng)等建設中。

在災后重建系統(tǒng)建設中，結合新型水面流速監(jiān)測設備電波流速儀，利用固定電波流速儀的工作特點，大膽創(chuàng)新，率先將固定電波流速儀裝載于水文纜道鉛魚行車進行中高洪水水面流速測驗，取代傳統(tǒng)浮標法流量測驗手段。從實踐中得到證實與應用，為后期水文流量在線測量奠定了基礎。

3.6 加快建設步伐，擴大監(jiān)測要素

2012年以來，中小河流水文遙測系統(tǒng)、水資源監(jiān)控能力建設工作相繼開展，不但使水文遙測系統(tǒng)規(guī)模不斷擴大，水資源監(jiān)控能力建設也相繼開展與遙測應用。

總結災后恢復重建期間的建設與創(chuàng)新經(jīng)驗，充分利用現(xiàn)代先進水文自動測驗設備，將先進自動化監(jiān)測設備引入中小河流水文監(jiān)測與水資源在線監(jiān)測項目中，發(fā)揮自動監(jiān)測設備的作用。在中小河流水文站和水資源監(jiān)控能力建設過程中，將河道流量、渠道流量、管道流量、水工建筑推算流量等流量在線自動監(jiān)測納入建設內(nèi)容。

為適應中小河流建設需求，以蔣吉發(fā)、康一彬、薛內(nèi)川、趙國茂、何宇、李道彬、王正勇、劉飛、常亮等為主的技術人員，根據(jù)系統(tǒng)建設的需求，先后于2012、2015、2018年多次對《水文測報系統(tǒng)技術規(guī)約和協(xié)議》進行修訂、完善。從原來主要以雨量與水位等要素為主的采集、傳輸進行約定，擴充到流量、蒸發(fā)、水質(zhì)、水溫、水資源項目等領域的遙測信息采集與傳輸進行約定與完善，使之更豐富、更全面、應用范圍更廣泛。

3.7 不忘初心、應用創(chuàng)新

自2008年“5·12”汶川特大地震以及2014年“4·20”雅安蘆山特大地震后，每年的山體高位垮塌等地質(zhì)災害不斷出現(xiàn)，水文抗災應急監(jiān)測不可忽視。為在第一時間投入水文應急監(jiān)測，為抗災應急搶險及時提供第一手監(jiān)測數(shù)據(jù)，我局于2017年成功自主研發(fā)了“小型一體化應急監(jiān)測設備”，被各地區(qū)水文局廣泛采用。在近年來突發(fā)地質(zhì)災害的水文應急監(jiān)測中，在地質(zhì)災害處置決策中收集到完整的數(shù)據(jù)資料，為災害處置決策發(fā)揮較大作用。為此，該設備取得國家實用新型技術專利并被水利部認定為“水利先進實用技術”。

鑒于各項目所建遙測站共計近5700個，水文遙測站均有雨量要素的自動采集，采集上傳的雨量數(shù)據(jù)將直接影響預警預報的準確性，為此薛內(nèi)川自主研發(fā)了雨量滴定測試儀，規(guī)范了雨量傳感器的現(xiàn)場滴定與校準誤差評定，確保雨量數(shù)據(jù)采集準確性，并取得國家實用新型專利。

4 結語

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，我省水文行業(yè)遙測、遙感技術也將隨之更加突飛猛進，在將來的水文遙測技術中將會涌現(xiàn)出更多、更實用新技術，諸如時差法、側掃雷達、視覺水位、視覺流量等先進的水文要素監(jiān)測技術與監(jiān)測手段，使我省水文遙測技術將更加壯大、更加先進。