丹東水文現(xiàn)代化發(fā)展展望

史向前

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118001)

1 概況

隨著經(jīng)濟社會快速發(fā)展，洪澇災害、水資源短缺、水環(huán)境污染和水土流失等問題日趨嚴重，如何有效地利用水資源、除水害興水利，需要準確可靠的數(shù)據(jù)作為決策支撐，水文監(jiān)測工作必不可少且提出了更高的要求。一方面，各項水文測驗工作由傳統(tǒng)固守斷面逐漸發(fā)展到點、線、面相結(jié)合，特別是隨著中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)建設全面鋪開，監(jiān)測站點不斷增多，監(jiān)測范圍與任務將大量增加。另一方面，隨著現(xiàn)代化技術在水文領域不斷推廣應用，傳統(tǒng)的水文測驗方法和管理模式已不適應發(fā)展需求。如何充分利用現(xiàn)有有限的人員和現(xiàn)代化水文儀器設備高效地開展監(jiān)測工作，如何實現(xiàn)水文現(xiàn)代化是目前面臨的急迫問題。

2 丹東水文發(fā)展歷程

丹東地區(qū)的水文監(jiān)測工作最早始于20世紀20年代初。1907年(清光緒三十三年)9月，安東第一個雨量站安東站開始觀測降雨量。1924年(中華民國十三年)安東開始蒸發(fā)量觀測。1934年(中華民國二十三年)1月，偽滿洲國交通部理水司理水調(diào)查處相繼在寬甸、岫巖、鳳城、東港建立了多處雨量站；5月，設立安東潮水位站；7月，丹東地區(qū)第一個水文站在鳳城縣草河建立。自此丹東水文歷經(jīng)抗戰(zhàn)、新中國建設，至今有60多年的歷史。從單一的降水觀測，逐漸演化到降水、水位、流量、泥沙、水溫等多要素觀測，水文逐漸系統(tǒng)化規(guī)范化管理。

3 丹東水文現(xiàn)狀

3.1 站網(wǎng)布局及密度

丹東地區(qū)水文站網(wǎng)經(jīng)過遙測系統(tǒng)建設，中小水庫遙測系統(tǒng)建設，跨界河流一期、二期建設，中小河流一期、二期建設等一系列水文基礎設施項目建設，現(xiàn)有水文站26處，其中國家基本站10處，中小河流站11處，市界站3處，防汛專用站2處；現(xiàn)有水位站10處，其中國家基本站1處，中小河流站5處，防汛專用站4處；現(xiàn)有雨量站175處，其中國家基本站50處，中小河流站95處，水庫站29處；現(xiàn)有墑情站3處；現(xiàn)有蒸發(fā)站3處；現(xiàn)有水質(zhì)站27處，其中地下水質(zhì)站8處，市界水質(zhì)站3處，國家重點水質(zhì)站16處；現(xiàn)有地下水站43處，其中普通人工觀測站20處，國家基本自動監(jiān)測站23處[1]?，F(xiàn)有水文站網(wǎng)監(jiān)測項目基本齊全，積累了水位、流量、泥沙、降雨、蒸發(fā)、水質(zhì)等觀測資料，在跨界河流地區(qū)的流域規(guī)劃、綜合治理和防洪減災以及經(jīng)濟發(fā)展等方面發(fā)揮了重要作用。

3.2 監(jiān)測管理模式

自20世紀50年代初，丹東水文一直實行駐站監(jiān)測，水文全要素在站人工觀測。21世紀初，隨著水文站網(wǎng)的補充建設及水文基礎設施建設項目的不斷增加，水文監(jiān)測工作任務變得繁重且人力資源短缺，原有的監(jiān)測模式已無法適應。2015年末，丹東水文站以勞務派遣形式聘用23名高中以上學歷人員充實到水文測驗一線工作中，其中有12名同志成為測站看護人員，負責水文站非汛期降水、水位、水溫、冰情、蒸發(fā)、墑情、地下水等日常觀測任務，流量、泥沙測驗工作目前則采取由巡測隊逐站巡測的測驗方式，汛期各項目的測驗工作則采取測站看護人員與巡測人員共同駐站測報形式。

3.3 監(jiān)測項目及方法

目前，水文測站主要監(jiān)測項目有水位、流量、輸沙率、單沙、顆分、水溫、岸上氣溫、冰情、比降、水文調(diào)查、水文測量、土壤墑情、降水、蒸發(fā)、水質(zhì)、地下水等。大部分水文要素監(jiān)測手段是比較落后的。除降水量已完全實現(xiàn)自動化測報以外，其它要素監(jiān)測還是以人工為主。水位受季節(jié)影響限制，現(xiàn)代化水位儀器不適應冬季結(jié)冰期水位觀測，還未實現(xiàn)全量程、全時段自動觀測。流量測驗還采用傳統(tǒng)的水文纜道、橋測車、測船等懸吊流速儀人工施測。綜合統(tǒng)計水文自動測報率不足30%。

4 存在的問題與不足

水文現(xiàn)代化建設總體目標是：建立建全覆蓋全面的“空天地”一體化水文監(jiān)測體系；實現(xiàn)水文全要素全量程全自動監(jiān)測；水文信息采集傳輸接收處理、預測預報和分析評價全流程自動化和智能化；打造優(yōu)良精干的水文人才隊伍；構(gòu)建穩(wěn)定高效可持續(xù)的建設運行管理機制。

丹東水文正處于人工采集向自報測報的轉(zhuǎn)變階段，但距離水文現(xiàn)代化總體發(fā)展目標有很大的差距。目前存在以下問題和不足：①水文站網(wǎng)還不夠完善[2]。在大江大河、中小河流、重要取退水口、重要生態(tài)保護區(qū)、地下水超采區(qū)等區(qū)域站點覆蓋密度偏低，甚至個別重要區(qū)段存在監(jiān)測空白。②水文監(jiān)測能力不足。大部分水文站基礎設施陳舊老化，測洪能力偏低。水文測報方式以人工為主，缺乏測驗時效性。高洪測流以浮標、比降面積法為主，測驗精度不高[3]?，F(xiàn)代化水文監(jiān)測設備應用不廣泛，未適應水文現(xiàn)代化發(fā)展需求。③水文服務社會水平不高。目前還只局限于單一的數(shù)據(jù)采集整理和報汛兩項工作，對水文數(shù)據(jù)深層次統(tǒng)計分析不足，向社會提供服務的覆蓋面窄。④水文保障能力不強。在水文應急監(jiān)測方面，缺少像ADCP、手持電波流速儀、無人機、無人船等應急監(jiān)測設備配置[4]，水文應急監(jiān)測保障體系不全。⑤水文資源共享不密切。水文監(jiān)測、水情預報、水資源管理、水質(zhì)分析、山洪災害預警各成體系各有平臺，未能通過大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)、云平臺等現(xiàn)代技術實現(xiàn)資源互通，數(shù)據(jù)共享。

結(jié)合目前水文現(xiàn)狀，丹東水文距現(xiàn)代化目標還有較大差距，主要表現(xiàn)在：①前端遙測感知體系不健全，基礎數(shù)據(jù)支撐不完善。監(jiān)測設備現(xiàn)代化提升空間很大，關于水質(zhì)、泥沙等方面還是以人工監(jiān)測為主，遙測感知能力不強。②全面互聯(lián)差距大，信息孤島現(xiàn)象嚴重，數(shù)據(jù)不能共享?？缡锌缌饔蚩绮块T各有體系，不能連接起來發(fā)揮綜合效應，各業(yè)務體系參與度不強。③大智慧大數(shù)據(jù)應用不夠，缺乏科學實用的水文信息化建設總體框架。

5 對策與建議

針對丹東水文目前存在的問題和差距，結(jié)合今后水文現(xiàn)代化發(fā)展的需求和方向，提出以下幾點建議：

(1)去重補缺，補齊短板。國家基本雨量站、中小河流雨量站、山洪災害雨量站，各站點位置相互重疊或距離未超過500m的，優(yōu)先保留水文站點，多余的予以撤銷。保證每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)每個小流域都有雨量站點。對于重要防汛區(qū)段、中小河流存在監(jiān)測空白的，予以補充。

(2)因站制宜，提檔升級。結(jié)合測站特性、河流特點因地制宜地對現(xiàn)有水文基礎設施設備進行升級改造，實現(xiàn)水文全要素、全量程、全時段、全自動采集。

(3)信息融匯，系統(tǒng)整合。各部門數(shù)據(jù)資源共享融合，系統(tǒng)整合在一起，建立一套基于現(xiàn)代信息技術手段，涵蓋水文數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲、整編、預測預報、預警預演、分析評價和信息發(fā)布等水文全流程智能化的大數(shù)據(jù)業(yè)務應用系統(tǒng)。高效服務水安全保障、更好地支撐智慧水利建設。

(4)轉(zhuǎn)變觀念，創(chuàng)新模式。由傳統(tǒng)的“測、報、整”向“管、維、整”水文管理模式轉(zhuǎn)變，以巡測為主，定期監(jiān)管校測、及時巡檢維護、按時整編資料，建立分區(qū)協(xié)調(diào)、責權(quán)統(tǒng)一的水文管理體系。

(5)注重人才，加強培訓。健全人才培養(yǎng)機制，加強現(xiàn)代化測報技術交流與培訓，打造一支懂業(yè)務、熟技能的水文隊伍。

6 丹東水文現(xiàn)代化發(fā)展思路

6.1 構(gòu)建布局合理的水文站網(wǎng)體系

針對丹東水文站網(wǎng)監(jiān)測短板和空白，聚焦水文服務領域需求，堅持各類監(jiān)測站網(wǎng)統(tǒng)籌結(jié)合，優(yōu)化完善站網(wǎng)布局，站點功能變化調(diào)整，監(jiān)測資源重復整合，實現(xiàn)洪水來源區(qū)、重要防御對象、行政邊界、水資源區(qū)、重要用水對象等重要節(jié)點監(jiān)測全覆蓋，構(gòu)建布局合理、功能完善的水文站網(wǎng)體系。水文(水位)站方面，依照SL 34- 2013《水文站網(wǎng)規(guī)劃技術導則》水文(水位)站布站要求，以100～1000km2的中小河流作為規(guī)劃范圍，進行新建規(guī)劃。規(guī)劃建設33處水文水位站，其中16處水位站和10處水文站用于填補中小河流監(jiān)測空白，2處水位站用于小流域山洪災害防治，3處水文站用于區(qū)域水量平衡分析，2處水文站用于跨縣界水量監(jiān)控。雨量站方面，規(guī)劃建設11處雨量站用于完善雨量站網(wǎng)布局，更好地控制雨量特征值空間梯度變化。墑情站方面，規(guī)劃建設墑情站8處。其中在寬甸大川頭鎮(zhèn)設立1處墑情站作為寬甸縣北部山丘區(qū)代表站；在毛甸子鎮(zhèn)、長甸鎮(zhèn)、古樓子鄉(xiāng)設立3處墑情站用于增加寬甸南部丘陵區(qū)站網(wǎng)密度；在鳳城璦陽鎮(zhèn)、雞冠山鎮(zhèn)設立2處墑情站作為鳳城北部山丘區(qū)代表站；在石城鎮(zhèn)設立1處墑情站用于增加鳳城南部丘陵區(qū)站網(wǎng)密度；在東港合隆鎮(zhèn)設立1處墑情站作為東港平原區(qū)代表站。地下水站方面，為了彌補個別縣市特別是海水入侵重點監(jiān)測區(qū)站點密度的不足，按照SL 34- 2013規(guī)定的地下水站網(wǎng)最低布設密度要求，規(guī)劃新建地下水監(jiān)測站點63處。

6.2 構(gòu)建功能先進的水文監(jiān)測體系

全面深化測驗方式改革，充分利用與時代同步的先進技術及信息化手段，持續(xù)補齊監(jiān)測短板，努力實現(xiàn)水文要素監(jiān)測自動化、智能化、立體化，不斷推進以無人值守為主體的自動測報模式和精兵高效的現(xiàn)代管理模式，構(gòu)建技術先進、準確及時的水文監(jiān)測體系[5]，更好地為防洪安全保障、河湖監(jiān)管、水資源監(jiān)管、水利工程監(jiān)管等水利行業(yè)強監(jiān)管及經(jīng)濟社會發(fā)展提供基礎支撐。

(1)對現(xiàn)有國家基本水文站提檔升級改造。雨量、水位、地下水、墑情等監(jiān)測要素，全面采用自動在線監(jiān)測方式；流量、水質(zhì)、泥沙等監(jiān)測要素根據(jù)各站實際和可行性，配備自動監(jiān)測設施設備。配備遠程視頻等監(jiān)測設備，實行在線值守和在線監(jiān)測，推進水文測站在線可視化監(jiān)測。根據(jù)測站功能和服務需求，提高對高、中、低水等不同(水位)流量級的水文監(jiān)測能力，發(fā)展和推廣多手段、多方法監(jiān)測技術，提升對水資源、水環(huán)境、水生態(tài)等的服務支撐能力。

(2)提升水文巡測和應急監(jiān)測能力。補充建設寬甸及鳳城兩個縣級水文巡測分中心，完善水文監(jiān)測體系，大力推廣應用先進技術手段和裝備，增強水文巡測能力[6]。按照平戰(zhàn)結(jié)合原則裝備設備，統(tǒng)籌丹東市水文巡測生產(chǎn)任務和業(yè)務范疇，建立丹東水文應急監(jiān)測中心。主要裝備先進便攜的應急監(jiān)測設備、現(xiàn)場通信設備、單兵裝備及后勤保障設備，建立完善的應急監(jiān)測預案，對潰口、決堤、堰塞湖、冰塞冰壩、水污染以及超標洪水等突發(fā)事件快速做出反應。

(3)水環(huán)境、水生態(tài)監(jiān)測能力提升。對丹東水環(huán)境監(jiān)測分中心現(xiàn)有基礎設施和設備進行升級改造，配備先進實用的水質(zhì)監(jiān)測儀器設備，建設水質(zhì)移動實驗室，提升水質(zhì)監(jiān)測中心的監(jiān)測分析能力和應急監(jiān)測能力，增強水資源定量管理和“三條紅線”監(jiān)督考核的能力，基本建成滿足省界水體監(jiān)督管理需要的水質(zhì)監(jiān)測體系，滿足經(jīng)濟社會發(fā)展對水質(zhì)監(jiān)測分析的需求。依托現(xiàn)有水環(huán)境監(jiān)測中心，拓展水生態(tài)檢測分析項目，提升水生態(tài)監(jiān)測能力。加強與農(nóng)林、漁業(yè)、環(huán)保等部門的合作，建立水生態(tài)水文服務體制及工作機制，形成水生態(tài)保護與修復專題化服務產(chǎn)品[7]。

6.3 構(gòu)建應用廣泛的水文信息服務體系

搭建統(tǒng)一的開發(fā)與運行環(huán)境，構(gòu)建各系統(tǒng)共用的水文綜合數(shù)據(jù)庫。在此基礎上，拓展水文監(jiān)測服務領域，提供豐富多樣的水文信息產(chǎn)品，提升水文業(yè)務管理和信息服務能力，有效共享水文信息資源。

(1)水文站網(wǎng)管理方面。利用數(shù)據(jù)庫管理和GIS空間分析技術，建立涵蓋水文基地、水文站網(wǎng)分布、水文資料等的管理系統(tǒng)，及時掌握水文監(jiān)測動態(tài)，制定設施設備更新改造計劃；進行站網(wǎng)分析評價，并根據(jù)評價結(jié)果和實際需求對站網(wǎng)布局進行及時調(diào)整，以滿足流域社會經(jīng)濟發(fā)展需要。

(2)水資源分析評價方面。利用大數(shù)據(jù)分析等技術，充分挖掘水資源信息所蘊涵的使用價值，建立水資源分析評價指標體系，基于支撐平臺的數(shù)據(jù)服務、知識庫(模型庫、算法庫等)調(diào)用，開發(fā)區(qū)域水資源量信息獲取功能，包括水源區(qū)域水文情勢、引用水信息、墑情信息、作物種植面積、種植結(jié)構(gòu)等信息提取功能，開發(fā)基于評價指標系統(tǒng)的水資源分析評價功能，完成水資源監(jiān)控能力和承載能力的分析評價，實現(xiàn)水資源分析評價及科學管理，為水資源優(yōu)化配置和保護提供高效服務。

(3)水文動態(tài)預測預報方面。結(jié)合歷史數(shù)據(jù)分析評價和實時水文數(shù)據(jù)，加快建設洪水預測預報系統(tǒng)、水文水資源預測預報系統(tǒng)、地下水預測預報系統(tǒng)、水質(zhì)與水生態(tài)分析預測系統(tǒng)等。基于多模式、多尺度的數(shù)值預報產(chǎn)品和實時歷史數(shù)據(jù)集，利用人工智能與大數(shù)據(jù)技術，提升水文信息服務的覆蓋范圍和技術水平，提高水文水資源預測預報預警決策支撐能力。

(4)水文信息共享和產(chǎn)品服務方面。結(jié)合新時期先進的信息共享手段，對現(xiàn)有的水文信息資源和服務系統(tǒng)進行整合，形成數(shù)據(jù)規(guī)范、技術先進、安全可靠、服務高效的水文信息共享服務平臺。同時對各類水文數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)化、專業(yè)化分析，生成涵蓋降雨、河道、水庫、墑情、水質(zhì)、水生態(tài)等豐富的水文服務產(chǎn)品，為防汛抗旱、水庫聯(lián)合調(diào)度、水污染控制、泥沙治理等提供專業(yè)服務。

6.4 構(gòu)建精簡高效的水文管理體系

6.4.1創(chuàng)新水文測驗管理模式

按照國家深化改革和水利發(fā)展改革的總體部署，堅持解放思想、實事求是、勇于創(chuàng)新，優(yōu)化水文監(jiān)測業(yè)務流程，逐步減少水文駐測、擴大巡測，實現(xiàn)有人看管、無人值守的測驗模式；初步建立服務于防汛抗旱減災、節(jié)水型社會建設、水生態(tài)文明建設、河湖長制、民生水利發(fā)展等工作需求的水文監(jiān)測站網(wǎng)體系，建立水文測驗質(zhì)量管理體系，實現(xiàn)水文測驗工作的規(guī)范化、標準化、制度化。提升水文資料整匯編自動化水平，實現(xiàn)水文資料即時整編。提升水文監(jiān)測技術水平、應急響應和快速反應能力，實現(xiàn)水文監(jiān)測的科學化、自動化和現(xiàn)代化。

6.4.2建立水文測驗質(zhì)量管理體系

全面開展水文測驗質(zhì)量管理工作，建立水文測驗質(zhì)量管理體系。水文測驗質(zhì)量管理按職責權(quán)限設置水文局、水文中心站和水文測站三級管理。各級水文測驗業(yè)務負責人為水文測驗質(zhì)量管理第一責任人。建立自下而上、層層實施的體系運行考評機制。開展測站建設達標活動，做好水文基礎設施標準化建設。加強業(yè)務培訓，提高勘測職工技能水平，深入開展水文測驗標準、規(guī)范、操作規(guī)程的學習和培訓活動。

6.4.3創(chuàng)新水文資料整編方式，提高整編時效性

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，特別是最嚴格水資源管理制度的實施、河湖長制管理考核和生態(tài)水量管理等工作對水文整編資料的時效性和質(zhì)量提出了更高的要求。在保證水文資料質(zhì)量的前提下，提高水文資料整編工作的時效性意義重大。調(diào)整完善水文資料整匯編工作機制，加大水文資料整編新技術、新方法的應用，提升水文資料整匯編自動化水平，實現(xiàn)水文資料在線即時整編，切實提高水文資料整編時效性[8]。

6.4.4加強水文基礎及重大關鍵技術研究

跟蹤水文科技發(fā)展趨勢，加強科技攻關和技術研發(fā)。加強流量、降水量、泥沙、水質(zhì)等水文要素自動監(jiān)測裝備的探索和應用，比如，廣域雷達、H-ADCP無人機、同位素在線測沙儀等先進儀器，實現(xiàn)水文監(jiān)測方式從人工向智能的轉(zhuǎn)變，監(jiān)測技術從點到面的轉(zhuǎn)變。加強全球定位系統(tǒng)、水上及水下三維掃描技術應用研究，加強低空流速測驗技術、無人流量測驗技術應用研究。加強遙感探測，以及地表水、地下水、水質(zhì)等各類水文監(jiān)測資料的數(shù)據(jù)融合分析與資料均一性分析研究，加強水文監(jiān)測資料質(zhì)量控制和評價方法研究。重點加強水文監(jiān)測、預測預報、旱澇災害影響評估、水生態(tài)監(jiān)測與評估、公共服務等方面的技術研究，提高公共服務能力。

7 結(jié)語

水文作為經(jīng)濟社會發(fā)展的重要基礎支撐，要適度超前發(fā)展，準確把握經(jīng)濟社會發(fā)展對水文工作需求變化，充分利用科學技術發(fā)展成果。以現(xiàn)代化理念為引領，通過廣泛采用現(xiàn)代技術和新儀器新設備，大膽進行改革創(chuàng)新，不斷淘汰落后的監(jiān)測手段和作業(yè)方式，提高監(jiān)測效率，建成與時代發(fā)展同步的現(xiàn)代水文業(yè)務體系。