黃河水文現代化發展思考與展望

谷源澤

（黃河水利委員會水文局，河南鄭州450004）

自1919年在干流設立陜縣、濼口水文站伊始，黃河水文歷經百年發展，在水文站網規劃布設、水文監測、水文情報預報及信息服務等方面取得了巨大成就。尤其是近年來，聚焦服務黃河治理開發，不斷深化水文改革，強力提升水文測報能力，持續推進水文現代化建設，大力開展水資源、水環境、水生態、水災害監測、預測預報和分析評價等工作，為流域治理開發與管理提供了重要基礎支撐。

1 黃河水文發展現狀

1.1 基本建成現代水文站網體系

1919年在黃河干流設立陜縣、濼口水文站，1933年又增設柳園口和支流部分水文（水位）站，到1955年底，通過恢復和新建一批水文測站，水文基本骨干站網得以構建。此后，又經數次整頓和調整，水文站網不斷充實完善。截至2018年年底，全河已建委（黃河水利委員會）屬水文站143處（其中基本站118處、專用站8處、渠道站17處）、水位站85處、雨量站776處、試驗站6處等，基本水文站網與區域經濟發展、水利工程建設格局、黃河水沙時空分布基本一致，布局基本合理，基本建成與流域防洪減災、水資源管理和經濟社會發展相適應的現代水文站網體系。

為滿足中下游防洪及科學研究需要，在黃河中下游水庫、河道及黃河三角洲附近海區布設淤積測驗斷面808個，初步建成了較為完善的淤積測驗體系。

1.2 水文監測能力大幅提升

依托基本建設和財政專項，裝備了一批具有國際、國內先進水平的水文測驗儀器設備，測驗自動化水平大幅提升。全河基本實現暢流期水位自記、液態降水量自動測報；多普勒流速剖面儀、電波流速儀等現代化測流儀器在全河得到初步應用，低水測流堰槽正在推進建設，流量測驗現代化水平逐步提高；同位素測沙技術取得突破性進展，激光粒度分析儀在泥沙顆粒級配分析中得到全面應用；GPS、全站儀、回聲測深儀、無人機、衛星遙感影像監測技術和無驗潮測驗技術等先進測量儀器設備、技術，在水庫、河道、河口河勢觀測和濱海淤積測驗中得到普遍應用。

為提升測報效率，持續深化水文測驗方式改革。在科學分析的基礎上，36個水文站實現測驗方式優化，為確立駐測、巡測和間測相結合的管理模式走出堅實步伐；組建了黃河流域應急機動測驗總隊和三個支隊，裝備多波束測深系統、無人機航測系統、三維激光掃描儀等新技術新設備，開展有針對性的實戰演練，應急監測能力不斷增強。

1.3 預測預報能力顯著增強

圍繞治黃需求，積極探索現代預報技術，不斷豐富預報手段：開發建設了黃河流域中尺度氣溫預報模式和中尺度暴雨預報模式，實現氣溫和暴雨數值預報，為黃河流域定量定點氣溫和降水預報提供了重要依據；黃河小花間（小浪底—花園口區間）暴雨洪水預警預報系統持續發揮重要作用；建立黃河洪水預報系統，預報站點向支流延伸，進一步拓展黃河洪水預報范圍和能力；全面開展上游地區降雨徑流預報、水資源和凌情預測預報等工作；初步建立黃河中下游干流重要水文站泥沙預報方案，開展龍門、潼關站含沙量的試預報；研發基于水文學和熱力學方法的冰凌預報模型，實現了寧蒙河段主要水文站的流凌、封河和開河日期預報。及時、豐富的氣象、洪水、徑流、泥沙、凌情預報信息，為黃河防洪、防凌、水資源及水工程管理提供了有力的技術支撐。

1.4 信息服務水平全面提高

結合行業發展和信息化技術發展現狀，初步建成以北斗衛星、水利衛星、計算機網絡和移動通信相結合的水情報汛通信網絡，實現全流域雨水情實時傳輸，報汛能力顯著增強。報汛站由2010年的828處增加到2018年的2 960處，信息量由9.5萬份增至1 600萬份，30 min到報率始終保持在98%以上。基本建成覆蓋全局的計算機廣域網絡，各類水文信息傳輸時效明顯改善，在防汛抗旱工作中發揮了重要作用。

依托計算機網絡平臺，建設了實時水雨情數據庫、歷史水文數據庫、氣象數據庫等，開發了較完善的開放式水文數據庫應用系統，實現了全河雨水情信息共享，確保水文信息服務的便捷和高效。更新氣象信息新一代人機交互系統，研發了黃河水情查詢與會商系統、水情可視化支持系統、水情手機短信、手機APP水情查詢系統等，為黃河防汛抗旱和水資源管理提供了及時、準確、全面的決策信息。

2 存在的主要問題

水利部明確提出了“水利工程補短板，水利行業強監管”新時代水利改革發展總基調，黃委確立了“規范管理、加快發展”總體要求，水文作為水利和經濟社會發展的重要基礎工作，迫切需要提供更全、更快、更準的水文水資源監測數據和內容豐富、形象直觀的服務產品，深化水文監測改革、加快推進水文現代化已成為滿足新需求的必由之路。對照新時代新形勢新要求，黃河水文發展仍不均衡不充分，現代化程度仍然不高，服務支撐能力依然有限。

2.1 站網布局與功能方面

河源區站網偏稀，難以對區域水文要素變化實施全面有效監測；寧蒙及中游骨干節點水庫站點布設仍不完善，不能完全滿足防洪防凌對預測預報成果精度的要求；河口附近海區潮位站體系尚未建立，難以滿足河口沖淤演變機理研究和生態治理等的需求；水資源監測站網布局尚存空白點，不能完全滿足江河湖泊、水資源、水工程、水土保持等“強監管”工作對水文的需求。

2.2 水文信息感知方面

受黃河特殊水沙條件制約，實時在線及自動監測能力仍然不足，包括多普勒流速剖面儀、非接觸測流、泥沙在線監測等新技術、新設備應用仍存在瓶頸，部分設備的應用研究與對比試驗不深入，很多水文站仍采用傳統方式；冰期水位、流量、凌情自動監測技術仍未有效突破；遙感影像應用能力不足，凌情巡測仍然依靠人工或無人機短距巡測；視頻監測尚未實現全部站點的全覆蓋；水文局直管水質斷面中，只有1處實現自動在線監測，水質信息觀測的時效和頻次難以滿足水環境管理要求。近年雖然優化了部分測站測驗方式，但多數測站仍然固守斷面駐測，測驗方式、管理模式改革仍需大力推進。

2.3 水文信息傳輸處理方面

多數測站已接入有線網絡，但水文站、勘測局仍存在帶寬不足的問題，不能滿足水文信息實時在線處理特別是視頻監測的需求。水文站自動或人工采集數據尚未有效實現自動處理，測站、勘測局、基層局在水文數據處理能力上存在軟硬件不足，自動化、智能化處理水平不高的問題。

2.4 應急監測能力方面

當前，黃河流域（片）應急監測主要依托總隊和支隊開展，勘測局一級應急監測作為快速突擊的角色功能定位尚未確立，人員、技術、裝備力量薄弱，對支隊和總隊的支撐有限；應急監測支隊現有裝備僅限于感知端，現場數據傳輸、處理能力弱，時效性差，迫切需要加強；應急監測總隊儀器設備日趨老化，與信息化要求和新時代需求差距較大，急需強化。此外，隨著巡測車輛停止配備，各級應急監測隊機動能力明顯降低。

2.5 水文預測預報及信息服務方面

上游預報站點信息不足，存在空白區；寧蒙河段冰凌預報研究仍不能完全滿足實際生產需求，對冰情的變化規律和生消機理深入研究不夠；中游超滲產流區預報能力薄弱，泥沙預報還處于起步階段；下游漫灘洪水演進規律研究與實際防汛要求仍有差距；支撐預測預報的黃河流域基礎地理信息數據庫尚未建設。水文業務與信息化技術融合程度不高，服務手段較為單一，服務產品種類有限，服務范圍有待拓展，還不能完全適應治黃生產需要和流域社會經濟發展要求。

3 黃河水文現代化發展思路

目前黃河水文發展最大的短板是測報自動化水平不高，應聚焦這一“短板”，明確目標，探索發展方向和技術手段，實現一“點”突破，帶動全局發展。

3.1 發展基礎

近3 a來，黃河水文圍繞測報能力提升，引進研發一批基于聲、光、電等技術的先進監測設備及配套軟件，積極探索并應用于黃河水沙測報實踐，在民和水文站裝備了雷達水位計、雷達在線測流系統、同位素泥沙在線監測等設備，實現水位、流量、泥沙、降水、蒸發等“7+1”要素在線監測；側掃雷達、H-ADCP、無人遙控ADCP流量監測系統等已在部分測站使用；衛星影像解析、無人機航測、三維激光掃描、多波束測深等空天地立體測繪體系初步構建，成功搶測小浪底空庫地形、河口段河勢實現衛星影像監測、無驗潮技術在河口濱海區淤積測驗中使用；試點建設了寧夏勘測局遠程測控中心，初步實現水文站測驗信息的自動采集、遠程控制；搭建黃河水文綜合管理平臺，實現對多要素、多類型設備監測數據的集中接收、處理、查詢、監控等管理功能，初步實現了全河水文一個系統一站式登錄查詢、會商、分析、監測功能；側掃雷達測流、側掃聲吶水下地形測繪、視頻水位流速圖像解析觀測試驗成功，這些寶貴的試驗研究成果為黃河水文現代化建設積累了必要的技術儲備。

3.2 發展目標

堅持問題導向，廣泛采用先進技術設備，深化測驗模式改革，補齊補強水文站網、測報、預測預報和服務“短板”。構建布局合理、功能完善的水文站網體系，技術先進、高效可靠的水文監測體系，方案科學、準確及時的水文預測預報體系，智能多樣、方便快捷的水文信息服務體系，實現監測手段自動化、信息采集立體化、數據處理智能化、服務產品多樣化，打造“智慧水文”，為流域“強監管”提供高效支撐。

3.3 發展思路

對照目標要求，借鑒近3 a測報能力提升成果，提出如下發展思路。

（1）發展考核指標。測站測驗方式逐步實現自動測報、遠程測控，充分利用現代技術手段，實現水文要素觀測的自動化，通過視頻監測建立水文測控中心，實施異地遠程監測；測驗方式實現駐巡結合、巡測優先，對具備條件的測站全面實施巡測，徹底改革測驗方式；管理模式實現有人看管、無人值守，實現觀測人員的解放。水文測控中心實現遠程控制、實時監測、自動報汛、分析整編、巡測維護等功能，形成“測站主測、中心主算、機關主管”新格局。

（2）發展技術途徑。依靠思維創新、體制創新、機制創新和科技創新，推行“互聯網+”水文深度融合，利用自動化、信息化、智能化水文監測、傳輸、處理新技術、新方法，分類制定測驗方案。小河站、區域代表站實現水文要素的自動采集、遠程測控并與巡測相結合，實現無人值守；有特殊要求的大河干流控制站、省界站等難以巡測時，實行人員輪流值守，但工作內容僅限于現場獲取原始測驗數據，水文分析計算、報汛、整編等工作全部集中到水文測控中心，最大限度將一線水文職工從艱苦的環境中解放出來。

（3）完善管理模式。管理要求與技術措施并舉，施行“一站一策”。逐站梳理設站目的、功能定位、水沙特性，合理確定測報要求與測驗任務，打破傳統觀念桎梏，立足水文現代化，改革測驗方式，優化測驗方案，裝備基于互聯網的先進、可靠的設施設備及軟硬件，使測站實時水文數據源源不斷自動“流”向測控中心，“流”向國家需要的地方。

（4）構建“扁平化”組織架構。基層測站人員大幅上收，以勘測局為支點，重點構建集測區水文測驗遠程測控，數據接收、分析、處理，各類關系建模、自動報汛、水文資料實時整編、大數據挖掘服務等工作于一體的水文測控中心，充實人員技術力量；優化機關一級人員結構，對中心予以業務指導。

4 推進現代化的重要舉措

4.1 補充完善水文站網布局

強化黃河及黑河流域省界站網功能建設，加快河源水文監測空白區站網布局，完善扎陵湖等流域內重要湖泊站網，拓展黃河防洪重點區域河道淤積測驗體系建設，增設骨干節點工程出庫站及重要引退水口空白點監測站，推進黃河口附近海區潮位站體系建設。根據站網功能與需求，擴大監測范圍、拓展監測項目、細化監測內容，以滿足流域“強監管”要求。

4.2 提擋升級基本測站監測能力

立足監測手段自動化和信息采集立體化，推行“一站一策”建設方案。氣象、降水、蒸發、水位、水溫等觀測全部實現在線自動測報，輔以視頻遠程監控。分類逐站確定流量泥沙測驗升級方案，針對暴漲暴落的山溪河流測站，優先通過工程措施實現低水單值化在線測報，中高水裝備雷達波類設備實現在線監測；對于含沙量不大、河床穩定、有一定基流的站點，優先裝備H-ADCP等設備實現在線監測；對于大河站點，充分論證先進設備的適用時段，盡可能增加在線或自動監測天數；對于實現在線困難的測站，升級改造遠程纜道控制系統，遠程操控流量監測；重要泥沙監測站在做好代表線選取的基礎上，合理裝備泥沙在線監測設備；為無人值守和輪流固守監測創造條件。此外，依托關鍵站點組建前線應急指揮中心，實現權限內各類站點水情信息暢通展示，滿足前線指揮會商決策需要。

4.3 拓展充實水文“中心”功能

賦予勘測局作為水文測站測控中心、工況監管中心、運行維護中心、水文分析計算中心、水情分中心、水質監測分中心、視頻會商分中心、水文應急及機動測驗分中心等新的功能定位，裝備測控設備、視頻設備、網絡設備、會商設備、巡測和應急監測設備以及應急后勤保障設備等，完善水情傳輸、接收、糾錯、綜合處理、查詢、交換、預報、發布等業務軟件平臺，全面拓展充實勘測局“中心”功能，滿足黃河水文發展需求。

4.4 探索改進水文預測預報方案

加強氣象、洪水、泥沙、徑流、冰情預報技術研究，建設黃河源區基于物理機制的分布式水文模型和無資料地區洪水預報應用模型，建立河三區間（河口鎮—三門峽區間）降雨徑流模型和分布式水沙模型，開展二維水沙模型在實時洪水作業預報中的應用研究，建立中尺度氣溫預報模型以及以水動力學、熱力學等物理方程為基礎的內蒙古河段冰凌預報數學模型。做好水文基礎研究，不斷探索水沙規律，為流域管理決策提供依據。

4.5 提質增效水文信息服務水平

深化“互聯網+”與水文融合，將云計算、區塊鏈、5G等信息化發展成果融入測報業務及服務全過程，加快建設覆蓋全測區、貫穿各環節的水文業務綜合管理平臺，拓展信息查詢、遠程會商及監視測控等功能，實現水文要素采集傳輸、自動報汛與在線整編全過程的信息化，洪水、泥沙、冰凌、徑流等水文水資源預測預報的智能化，水文信息服務產品挖掘延展的多樣化，為流域綜合管理和經濟社會發展提供內容豐富、形象直觀、快速高效的水文信息服務。

5 展 望

黃河水文測報工作從建站伊始拼人拼力，到近期實現自動半自動化，再到當前逐步推廣在線監測，已走過百年，但一線職工與青山為鄰、與河川為伴的駐守環境仍無明顯改觀。推進水文現代化，滿足基層職工對美好生活的向往，已成為當代黃河水文人的奮斗目標和使命。為此，黃河水文必須立足流域管理、服務流域經濟社會發展需求，密切跟蹤最新科技發展成果，產學研結合，與時俱進不斷改革測報方式與管理模式，努力構建以水文信息采集自動立體化、傳輸網絡化、處理智能化、服務多樣化為表征的水文現代測報體系，持續推行自動測報、巡查驗證、機動運維相結合的水文運行管理新模式，形成“測站主測、中心主算、機關主管”的水文測報工作新格局，實現“智慧水文”愿景，為流域“強監管”和經濟社會發展提供堅實的基礎支撐。