松遼流域水文監(jiān)測新技術(shù)應(yīng)用思考

王光磊，任海霞，喬鉑純

（1.松遼水利委員會水文局（信息中心），吉林 長春 130021；2.松遼水利委員會水文局黑龍江中游水文水資源中心，黑龍江 佳木斯 154002）

1 流域水文監(jiān)測現(xiàn)狀

松遼流域行政區(qū)劃包括遼寧、吉林、黑龍江三省和內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的四盟（市）及河北省承德市的一部分，流域總面積124.92 萬km2。西、北、東三面環(huán)山，南部瀕臨渤海和黃海，中、南部形成寬闊的遼河平原、松嫩平原，東北部為三江平原。流域處于北緯高空盛行西風(fēng)帶，具有較多的西風(fēng)帶天氣和氣候特色，有明顯的大陸性氣候特點，為溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)。冬季嚴(yán)寒漫長，夏季溫濕而多雨，部分地區(qū)屬寒溫帶氣候。流域內(nèi)因氣候條件封凍期一般在6個月以上，河流結(jié)冰期較長，自動儀器設(shè)備應(yīng)用具有局限性和不適用性。

1.1 遼河流域代表站水文儀器裝備

遼河流域內(nèi)監(jiān)測現(xiàn)代化典型代表站，以流域遼河干流水文測站為例，在要素全自動采集方面已實現(xiàn)暢流期水位、流量、降水、蒸發(fā)采集全自動；封凍期水位、降雨采集全自化。

1）水位。配備的氣泡水位計運行穩(wěn)定，經(jīng)多年比測實驗，精度符合規(guī)范要求，準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性良好，具有水位全天候自動采集能力。適用于本地氣候，滿足全年監(jiān)測工作需要，且設(shè)備終端安置于纜道房內(nèi)，高于堤防防洪標(biāo)準(zhǔn)，滿足監(jiān)測量程全覆蓋要求。

2）流量。配備水文測驗纜道、走航式ADCP和側(cè)掃雷達(dá)測驗設(shè)備。側(cè)掃雷達(dá)在比測分析期間，因流域未發(fā)生較大洪水，高水和超標(biāo)洪水未比測分析，現(xiàn)已完成中低水位級的比測分析工作，成果精度良好，符合規(guī)范要求，滿足流量暢流期要素采集全自動的要求。中低水采用纜道搭載走航式ADCP 法施測，高水采用走航式ADCP 與側(cè)掃雷達(dá)同步觀測，滿足監(jiān)測量程全覆蓋要求。封凍期采用定點ADCP 法施測，不能達(dá)到自動監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)。

3）泥沙。配備了纜道式光電測沙儀，現(xiàn)已完成比測分析工作，成果精度可靠，符合規(guī)范要求，滿足泥沙要素暢流期采集半自動化的要求。

4）降水。配備稱重式雨雪量計，且已運行多年，具備較高的穩(wěn)定性、可靠性及準(zhǔn)確性，能實現(xiàn)全天候降水要素采集全自動要求。

5）蒸發(fā)。配備E601B 型蒸發(fā)器，設(shè)備運行穩(wěn)定，成果精度準(zhǔn)確可靠，滿足暢流期蒸發(fā)要素采集全自動的要求。

6）通訊。配備信息專用傳輸通道2 條，常規(guī)采用4G 信道發(fā)送存儲信息，北斗通訊信道作為非常時期信息發(fā)送存儲的應(yīng)急手段，滿足信息傳輸雙備份模式。

7）視頻系統(tǒng)。遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測成果在站可視，信息展示直觀便捷，滿足規(guī)范要求。應(yīng)用“監(jiān)測平臺”可隨時調(diào)取各項監(jiān)測數(shù)據(jù)，展示水位、流量、降水、蒸發(fā)等要素監(jiān)測成果。同時，視頻監(jiān)控系統(tǒng)點位布置均勻合理，各個監(jiān)測場地均能實現(xiàn)可視化。

1.2 松花江流域代表站水文儀器裝備

松花江流域內(nèi)監(jiān)測現(xiàn)代化典型代表站，以高寒區(qū)水文測站為例，在要素全自動采集方面已實現(xiàn)暢流期水位、流量、降水、蒸發(fā)采集全自動，封凍期降水采集全自化。

1）水位。配備的氣泡水位計、雷達(dá)水位計、浮子水位計、視頻看水位系統(tǒng)，經(jīng)多年比測實驗，精度符合規(guī)范要求，準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性良好，具有暢流期采集能力。封凍期受氣候影響采用人工觀測。

2）流量。配備水文測量船、ADCP 和電波流速儀測驗設(shè)備。ADCP 在比測分析期間，成果精度良好，符合規(guī)范要求，滿足流量暢流期要素采集全自動的要求。高中低水采用測量船搭載走航式ADCP 法施測，滿足監(jiān)測量程全覆蓋要求。封凍期采用ADCP 選點法施測，人工開鑿冰孔，人工手持ADCP 儀器方式測驗。

3）泥沙。配備光電測沙儀，現(xiàn)已完成比測分析工作，成果精度可靠，符合規(guī)范要求，滿足泥沙要素暢流期采集全自動的要求。暢流期測量船帶動光電測沙儀施測，封凍期則人工鑿冰采集水樣，再到化驗室分析。

4）降水。配備稱重式雨雪量計，且已運行多年，具備較高的穩(wěn)定性、可靠性及準(zhǔn)確性，能實現(xiàn)全天候降水要素采集全自動要求。

5）蒸發(fā)。配備E601B 型蒸發(fā)器，設(shè)備運行穩(wěn)定，成果精度準(zhǔn)確可靠，滿足暢流期蒸發(fā)要素采集全自動的要求。封凍期則人工觀測。

6）通訊。配備信息專用傳輸通道3 條，常規(guī)采用4G 信道和無線電短傳發(fā)送存儲信息，北斗衛(wèi)星小站通訊信道作為非常時期信息發(fā)送存儲的應(yīng)急手段，滿足信息傳輸雙備份模式。

7）視頻系統(tǒng)。遠(yuǎn)程視頻監(jiān)視監(jiān)控系統(tǒng)監(jiān)測成果在站可視，信息展示直觀便捷，滿足規(guī)范要求。應(yīng)用“視頻平臺”可隨時調(diào)取各項監(jiān)測數(shù)據(jù)，直觀查看暢流期水位、展示水位、流量、降水、蒸發(fā)等要素監(jiān)測成果。

2 水文監(jiān)測新技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)性分析

根據(jù)上訴代表站儀器設(shè)備裝備及測驗方法對比發(fā)現(xiàn)，儀器設(shè)備使用范圍具有局限性，如視頻看水位系統(tǒng)受風(fēng)速、降水、霧影響較大，全年利用率較低。

2.1 水位流量測驗

1）根據(jù)測站特性和功能要求，分類分級確定流量測驗成果精度和監(jiān)測頻次控制要求，確定不同量程測驗手段和方法。對水位流量關(guān)系穩(wěn)定或已進(jìn)行水位流量關(guān)系單值化處理的測站，可強(qiáng)化水位觀測來實現(xiàn)流量的自動監(jiān)測，水位逐級比測實驗建立表面流速一點法關(guān)系，減少測驗歷時，為應(yīng)用自動化先進(jìn)設(shè)備做基礎(chǔ)分析。

2）對水位流量關(guān)系不穩(wěn)定的測站，可采用固定式聲學(xué)多普勒流速剖面儀、雷達(dá)測速、聲學(xué)時差法等實時流量自動監(jiān)測?，F(xiàn)有聲光電監(jiān)測技術(shù)不能滿足精度要求，可結(jié)合水力學(xué)方法或通過整治河道、建設(shè)量水建筑物等手段來實現(xiàn)流量自動監(jiān)測。對水力特性復(fù)雜、水位或流量變幅較大的測站，可根據(jù)不同變幅的水力特性要求，采用滿足相應(yīng)精度要求的自動測流技術(shù)，配置不同分級的自動測流裝備，通過比測率定，確立水位或流量不同分級的測流方案。

3）在開展測站特性分析的基礎(chǔ)上，運用流體數(shù)值計算模型方法等對測驗河段水流流場進(jìn)行數(shù)字模擬，建立流量計算模型，實現(xiàn)斷面流量計算模型化。及時率定校核各類流量測驗系數(shù)和更新實測大斷面、比降、水準(zhǔn)點校測數(shù)據(jù)，確保實測成果的精度。

2.2 泥沙測驗

1）現(xiàn)有泥沙自動監(jiān)測裝備做好比測分析，適時研究泥沙顆粒級配自動分析?？赏ㄟ^對光學(xué)法、聲學(xué)法、同位素、振動式、稱重式等測沙裝備的技術(shù)攻關(guān)和研發(fā)，提高泥沙自動監(jiān)測技術(shù)水平。

2）通過比測率定，采用滿足相應(yīng)精度要求的自動測沙技術(shù)，可按水位級或含沙量配置不同分級的自動測沙裝備，建立水位或含沙量不同分級的測沙方案。

3）通過對歷年單斷沙關(guān)系的分析，優(yōu)化測驗方案。對單斷沙關(guān)系穩(wěn)定的測站，可在單沙代表性垂線安裝自動測沙裝備，實現(xiàn)斷面含沙量監(jiān)測。如對含沙量較小（如小于1 kg/m3）的測站，可采用光學(xué)測沙儀自動監(jiān)測；對含沙量較大（如大于10 kg/m3）的測站，可采用同位素測沙儀、振動式測沙儀、稱重式測沙儀監(jiān)測。

4）對于泥沙特性復(fù)雜、單斷沙關(guān)系不穩(wěn)定的測站，根據(jù)泥沙水流特性及工作任務(wù)制定滿足相應(yīng)精度要求的采樣方案，采用自動采樣、留樣裝備，在泥沙處理室開展代表垂線、測點泥沙顆粒級配與斷面泥沙顆粒級配關(guān)系的分析。

3 建議

3.1 測站按類型分類別

按照測站類別分類，在充分分析流域及測站特性的基礎(chǔ)上，因地制宜，逐站進(jìn)行分類分析論證，選擇可靠的監(jiān)測方法和技術(shù)手段，夯實基礎(chǔ)性工作，按站分類、科學(xué)地研究測站儀器適用程度。

3.2 借鑒測站成熟經(jīng)驗

在分析已有水文監(jiān)測新技術(shù)應(yīng)用成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體測站的具體功能和確實需求，選配先進(jìn)實用、成熟可靠的水文自動監(jiān)測儀器裝備，借鑒新技術(shù)適用范圍。

3.3 新技術(shù)應(yīng)做比測實驗

加強(qiáng)新技術(shù)應(yīng)用的工作原理和適用性研究分析，切實加強(qiáng)儀器設(shè)備檢定校準(zhǔn)和比測率定等基礎(chǔ)工作，完善優(yōu)化流量計算模型算法，優(yōu)化非接觸式測驗參數(shù)，確保水文監(jiān)測精度滿足規(guī)范要求。

3.4 按照分類站型做代表站儀器實驗

在有代表性的流域、區(qū)域性實驗站先行裝備各類先進(jìn)儀器，強(qiáng)化實際應(yīng)用效果，對比新儀器設(shè)備監(jiān)測應(yīng)用范圍，對比可靠性，及時總結(jié)監(jiān)測成果，對比分析論證后穩(wěn)步推進(jìn)新儀器設(shè)備，經(jīng)過實驗周期和成果的一致性再列裝設(shè)備。

3.5 加強(qiáng)技術(shù)實驗和創(chuàng)新合作

根據(jù)流域高寒區(qū)特征無自動化儀器適用，加強(qiáng)與科研院所、高等院校和高新企業(yè)合作，對水文自動監(jiān)測技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，開展傳統(tǒng)技術(shù)與前沿技術(shù)的融合研究，加大水文科技創(chuàng)新力度，提升水文監(jiān)測關(guān)鍵技術(shù)自主可控水平。

3.6 強(qiáng)化技術(shù)業(yè)務(wù)培訓(xùn)，提高技術(shù)人才能力

水文監(jiān)測新技術(shù)的應(yīng)用，基礎(chǔ)保障是技術(shù)人員的業(yè)務(wù)能力提升。加強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用業(yè)務(wù)培訓(xùn)，加強(qiáng)對技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的宣貫，規(guī)范指導(dǎo)監(jiān)測新技術(shù)的應(yīng)用。廣泛開展經(jīng)驗總結(jié)和技術(shù)交流，加大新技術(shù)應(yīng)用和操作技能的培訓(xùn)力度，強(qiáng)化水文監(jiān)測新技術(shù)應(yīng)用型人才隊伍建設(shè)十分必要。

3.7 增加比測實驗經(jīng)費和科研經(jīng)費投入

松遼流域高寒區(qū)水文測驗具有其地域特性，流域內(nèi)經(jīng)濟(jì)條件落后，人口外流嚴(yán)重，水文測站多偏僻，應(yīng)落實比測實驗經(jīng)費和科研經(jīng)費投入，保障新儀器設(shè)備比測和自主創(chuàng)新。

4 結(jié)語

加快水文監(jiān)測新技術(shù)應(yīng)用，推動流域水文現(xiàn)代化建設(shè)，進(jìn)一步提升水文監(jiān)測自動化水平。才能滿足深入落實新階段水利高質(zhì)量發(fā)展的要求，通過分析松遼流域水文監(jiān)測現(xiàn)狀及目標(biāo)發(fā)展，為松遼流域水文監(jiān)測新技術(shù)應(yīng)用提供參考。