海河流域水文發展現狀及現代化建設探討

劉玉晶

（海河水利委員會水文局，天津 300170）

海河流域地處京畿要地，是我國經濟較發達地區，同時也是我國水資源嚴重短缺、水旱災害嚴重和水生態環境嚴重惡化的地區。水文事業是國民經濟和社會發展的基礎性公益事業。隨著流域經濟社會快速發展，特別是新時期治水矛盾的轉變，對海河流域水文工作提出了更高要求。現階段水文工作的主要矛盾是新時代水利和經濟社會發展對水文服務的需求與水文基礎支撐能力不足之間的矛盾，必須通過深化改革和技術創新，全面推進水文現代化來加以解決［1］。因此，在全面梳理海河流域水文發展現狀的基礎上，分析海河流域水文面臨的形勢和存在的問題，探討流域水文現代化建設的思路、目標和主要建設任務，對流域水文事業發展具有重要的參考價值。

1 海河流域水文發展現狀

1.1 水文站網建設

經過多年的建設和發展，海河流域基本形成覆蓋主要河流湖庫、布局較為合理、功能比較完備的水文站網體系。截至2019 年，海河流域共有各類水文測站16 204 處。其中，國家基本水文站321 處、專用水文站288 處、輔助站156 處、國家基本水位站25處、專用水位站598處、基本雨量站1 642處、專用雨量站 3 038 處、蒸發站 8 處、水質站 1 051 處、地下水監測站8 622處、墑情站404處、水生態監測站48處、實驗站3處。

國家基本水文站平均密度為999 km2/站，達到了WMO 山區容許最稀站網密度300～1 000 km2/站的推薦標準。在行政區界水文監測方面，海河流域河流省界、地市界、區縣界水文監測率分別為88%、33%、25%。雨量站平均密度為69 km2/站，超過了WMO 山區容許最稀雨量站網密度100～250 km2/站的推薦標準。根據《地下水監測工程技術規范》（GB/T51040-2014）規定，超采區地下水位監測站應達到15～30 眼/103km2，按超采區總面積計算海河流域已滿足規范要求。根據《土壤墑情監測規范》（SL364-2015）規定，一般地區墑情站最低布設密度為2～3 站/縣，海河流域滿足規范要求的縣級行政區占縣級行政區總數的39%。水生態監測站建設尚處起步階段，流域內僅北京市建有專門的水生態監測站，海委和其他各省市近年來逐漸開展了水生態監測業務，流域內開展水生態監測的重要江河湖庫占重要江河湖庫總數的21%。

1.2 水文監測能力

1.2.1 流量監測

海河流域大部分水文站流量測驗仍以傳統的纜道流速儀法和走航式ADCP 測流為主。主要采用纜道、橋測、涉水測流等方式，一般情況下采用流速儀和走航式ADCP 測流。如遇大洪水、常規測驗設備不能測流的情況，采用浮標法測流、比降面積法推算流量等。用于測流的纜道有電動全自動纜道、電動纜道和人工纜道，其中電動纜道普及率達51%。

隨著技術的進步，雷達波測流系統越來越多地應用于中高水流量測驗，部分測站建設了雷達波自動或在線測流系統，實現了中高水自動或在線測流。近年來，多普勒流量在線測流系統開始嘗試性應用，少量的測站建設了ADCP 在線測流系統、二線能波在線測流系統，實現了中低水在線測流。截至2019年底，海河流域有22%的水文站實現了流量在線監測，其中10%的水文站實現了高中低水全量程在線監測。

1.2.2 其他監測項目

海河流域水位和降水監測基本實現了自動測報，其中水位自動測報率為93%；汛期降水自動測報率為100%，非汛期降水以人工觀測為主；蒸發監測汛期主要采用E601 型蒸發器，非汛期采用20 cm 口徑蒸發器，主要以人工觀測為主，蒸發自動測報率僅為4.5%；土壤墑情自動測報率為55%；泥沙觀測以人工取樣、分析為主，自動化程度較低；隨著國家地下水監測工程的實施，海河流域新增近4 000處地下水自動監測站（含自然資源部自動監測站），大幅提升了流域地下水監測的專業化和自動化水平；水質監測以現場取樣、實驗室檢測為主，全流域共建有水質自動監測站31處，各省級水質監測中心平均可開展監測的指標約70個。

1.2.3 水文巡測和應急監測

流域內各省級水文部門都建有巡測中心，大部分地市級水文部門建有巡測隊，實現對水文站點的巡測和應急監測斷面的應急監測。配備的主要設備包括走航式ADCP、手持電波流速儀、GPS、全站儀、水文應急監測車和巡測車，部分巡測中心配備了無人機、電動遙控船、三維激光掃描儀、水下地形掃描儀等，各級水質監測中心配備了水質移動實驗室、水質采樣車等。各類技術裝備的配備，極大地提升了流域水文巡測和應急監測的水平，有效提升了應對和處置突發公共水事件的快速反應及作戰能力。

另外，針對流域洪水預報情況，海委及京津冀豫四省市在灤河、北三河、永定河、大清河、子牙河及漳衛河系山前平原區重點河道布設了68 處重要應急監測斷面，以應對可能出現的蓄滯洪區分洪、堤防決口等特殊水情的應急測報工作。

1.3 水文信息服務能力

在水利改革發展加快推進和水資源條件深刻變化的歷史背景下，水文的基礎地位更加重要，支撐作用更加突出。水文工作已從過去主要為防汛抗旱和水利工程建設服務，發展到為水資源開發利用、節約保護等各項水利工作提供全面服務。

海河流域依托防汛骨干網，通過水利部建設的水情信息交換系統，實現了水利部、流域和省市水文部門報汛及水情信息的實時共享。多數報汛測站具備2 套以上報汛系統，海委及部分省市報汛站可以實現微信報汛和App 實時報汛，信息傳輸在公網基礎上配有衛星小站或衛星電話雙信道備份。海河流域水文部門每年為各級防汛抗旱指揮部門提供水文信息數據800 萬份，連續多年編制各類通報、公報，及時發布實時水雨情和調水等監測信息，并利用簡報、月報、網絡等手段，為社會公眾提供全面的水文信息服務。部分水文機構開通了水文信息微信服務公眾號，實時發布流域和區域雨水情，滿足公眾對水文信息的需求。

近年來，海河流域各級水文部門在信息化方面做了大量工作。開發了防汛抗旱綜合業務服務系統、水情信息綜合業務系統、中小河流洪水預警預報系統等各類水情業務應用系統；利用水利部統一開發的中國洪水預報系統，實現了水利部、海委及有關省市方案和成果共享；建立了統一的地下水監測信息平臺，實現了水利部、海委及有關省地下水監測井實時信息共享；還建有專門的水資源信息服務和水生態信息管理系統；海委在建的信息系統有華北地區地下水超采綜合治理信息管理系統、永定河水資源實時監控與調度系統等。

1.4 水文管理體制

海河流域水文工作實行流域管理和區域管理相結合的體制。流域管理方面，海委設有水文局和海委直屬4 個管理局分設的水文機構。海委水文局負責流域水文業務的指導和協調，負責海委直屬管理局水文業務管理；地方水文管理方面，全流域8個省（自治區、直轄市）均設有專門的省級水文機構，負責其管轄范圍的水文業務工作，下設地市級水文機構，部分省市設有縣級水文機構。地方水文機構中，有3個省級水文機構、27個地級水文機構在海河流域。海河流域現有水文從業人員10 843 人，其中在職人員占22.1%、委托觀測人員占77.9%。

2 面臨的形勢和存在問題

2.1 面臨的形勢

2.1.1 流域經濟社會發展對水文工作提出新要求

海河流域是我國經濟較發達地區，東部沿海是環渤海經濟圈的核心區域，西部為煤炭資源基地，中部平原是重要糧食生產基地。與全國其他地區相比，具有地理區位優越、自然資源豐富、交通便捷、工業和科技基礎雄厚以及擁有骨干城市群等五大優勢，目前京津冀協同發展已上升到國家戰略層面，千年大計的雄安新區規劃建設正在高標準、高質量推進，未來經濟社會仍將迅速發展。經濟社會的發展必然對水文工作提出更高的要求。

2.1.2 水利全面深化改革對水文工作提出新要求

習近平總書記明確提出了“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”的治水思路，水利部黨組提出了“水利工程補短板、水利行業強監管”水利改革發展總基調。水文不僅是補短板的重要范疇，也是強監管的重要支撐，要充分發揮好水文“耳目”和“尖兵”的作用。作為水利的重要基礎和支撐，水文需要加快轉變傳統的觀念和思維定勢，適應新形勢新任務的要求，在站網建設、自動監測技術應用和水文智能化提升等方面補齊短板，全面提升支撐服務能力［2］。

2.1.3 防汛抗旱減災對水文工作提出新要求

隨著流域經濟社會快速發展，城市化進程日益加快，受極端天氣時間影響，近年來局部地區暴雨洪水、極端高溫干旱災害發生的頻率和強度明顯增強，嚴重威脅人民生命財產安全，對經濟社會發展產生重大影響。水文信息是防汛抗旱減災指揮決策的重要科學依據，如何進一步調整和優化水文監測站網的功能與布局，強化水文監測，特別是強化水文監測的機動能力和巡測能力，加強水文采集自動化和信息傳輸網絡化建設，延長洪水預報的預見期，提高預報精度，為洪水資源化提供準確的決策信息，推進水資源的可持續利用，對今后水文工作提出了新的要求。

2.1.4 實行最嚴格水資源管理對水文工作提出新要求

隨著經濟社會的發展，海河流域水資源供需矛盾日益突出，水資源短缺已成為制約流域經濟社會發展的瓶頸。國務院辦公廳印發的《實行最嚴格水資源管理制度考核辦法》明確了最嚴格水資源管理考核內容和目標，同時明確了“三條紅線”量化指標，近年來落實河長制、水資源消耗總量和強度雙控行動等水資源管理新要求也納入了考核內容。這必然在水文站網布設、測站功能、設施設備、監測預警機制等方面為水文帶來新的變革和機遇，要求水文必須以精密、準確、科學的數據為基礎依據，做好水資源監管和江河湖泊監管的水文支撐工作，為水資源管理提供更加精細、更加嚴謹的服務。

2.1.5 涉水工程建設運行對水文工作提出新要求

大中型病險水庫、水閘和小型水庫除險加固等一系列重大涉水工程的建設與運行管理都需要水文信息的支撐。近年來極端強降雨增多，使水庫防汛減災面臨的形勢更加嚴峻，一旦水庫出現垮壩問題，直接威脅著下游群眾的生命及財產安全。因此，迫切需要建設現代化的水文監測工程，擴大水文監測的覆蓋面，全面掌握各水庫、涉水工程水雨情狀況，提高水文監測信息的準確性、時效性，滿足水庫洪水防御和安全運行的需要。

2.1.6 生態文明建設對水文工作提出新要求

黨的十八大將生態文明納入社會主義現代化建設“五位一體”總布局，水利部專門出臺了《關于加快推進水生態文明建設工作的意見》。推進水生態文明建設，促進人水和諧，是建設美麗中國的重要基礎。水文信息是水生態環境保護與修復的重要基礎，也是科學評價水生態文明建設成效的基本手段。水生態文明建設賦予水文工作新的使命，要求水文部門擴大監測范圍，拓展服務領域。

2.2 存在問題

2.2.1 水文站網布局與功能不完善

流域內部分大江大河及其支流水文站網功能不完善，中小河流水文站網體系尚未全面形成，部分中小水庫沒有建設水文監測預警設施，不能滿足防洪預警需要；省界河流水文監測尚未達到全覆蓋，地市界、區縣界河流水文監測覆蓋率較低，不能滿足水資源開發管理的需要；部分地下水超采區存在監測空白；流域內土壤墑情監測站點少，布局不合理，難以滿足抗旱工作需要；部分重要生態敏感區域的水生態監測斷面尚未布設，無法滿足水生態管理要求；服務于城市涉水事務管理的水文站點不足，不能滿足流域經濟社會發展對水文信息日益增長的需求。

2.2.2 水文監測能力與水利監管需求差距較大

流域內部分水文基礎設施建設標準低，設備更新慢且老化嚴重，不能滿足防洪和安全生產的要求；水文測報技術手段總體落后，先進儀器設備和新技術在水文測報中的推廣應用有待加強，大量水文測站以人工觀測為主，水文監測自動化水平、智能化水平不高；新一代信息技術在數據采集、傳輸、處理等水文監測體系中應用較少，水文監測手段和技術水平前瞻性不夠。地下水監測能力弱于地表水，抗旱服務能力弱于防洪服務能力，水質的監測能力弱于水量監測能力，水生態監測亟待加強。水文巡測中心、水質監測中心布局不合理，設備配置不完善，對突發性水事件的應急處置存在隱患。

2.2.3 水文信息服務能力與高質量發展要求存在差距

流域水文信息處理服務整體水平與高質量發展要求存在較大差距。流域部分水情中心硬件及環境建設落后；尚未建成標準統一的流域水文數據庫，各地分散建設的水文數據庫未實現互聯互通，嚴重制約了水文信息的共享和應用。人工智能、云計算、大數據等新技術應用滯后，尚未形成高性能計算能力，應對突發及極端災害水文監測預報信息化反應能力和措施不足。水文數據深加工不夠，信息產品單一，服務范圍、內容和質量有不高。各類業務應用系統整合不足，尚未建設面向多用戶、涵蓋全要素的流域水文綜合信息服務共享平臺，難以滿足數字城市、政府決策、經濟社會發展和社會公眾對水文數據查詢和使用的需求。

2.2.4 水文管理體系距現代化要求差距較大

由于機構改革進程不一，流域內水文管理體制尚不完善，部分地區機構建制不規范，人員編制不能滿足日益增加工作任務的需要。同時，水文的投入與水文承擔的任務不相適應。近年來，水文投入穩中有增，但從水文發展的需求與承擔的任務來看，投入差距還比較大。由于流域內水文戰線點多、面廣、管理分散，工作任務繁重，資金投入渠道少、各地投入不平衡、總體不足，水文事業經費標準較低，運行維護經費短缺。

3 水文現代化建設探討

3.1 水文現代化建設思路

以完善站網布局和提升自動監測水平為主線，以推進水文信息化建設為重點，以深化體制機制改革為保障，全面推進水文現代化建設，以優質的水文服務為水利和經濟社會發展提供可靠的支撐。

3.2 水文現代化建設目標

充分應用先進科技手段和技術裝備，建成布局合理、功能完善的水文站網體系；建立覆蓋全面的“空天地”一體化水文監測體系；實現水文全要素、全量程自動監測，水文數據處理、預測預報和分析評價全流程自動化和智能化；打造優良精干的水文人才隊伍；構建穩定高效可持續的建設運行管理機制［3］。

3.3 水文現代化建設重點任務

3.3.1 統籌規劃，完善水文站網布局和功能

填補大江大河主要支流、有防洪任務的中小河流和中小水庫水文監測設施空白；實現省級行政區界水文監測全覆蓋，充實地市界和區縣界水文監測站網；加強供水水源地、入海河口等水量、水質、水生態監測站點；補充重點城市防洪排澇水文監測設施；進一步加大降水、蒸發站網密度；加密地下水超采區監測站點，實現對重點區域地下水動態全面有效監控；充實墑情監測站網，滿足防汛抗旱、水資源管理對土壤墑情監測的需要；提升水文實驗手段和水平，建成滿足流域和區域水文基礎理論和應用技術研究需要的實驗研究體系。

3.3.2 提升裝備水平，建設現代化水文監測體系

充分利用衛星遙感、無人機、地面巡測等手段，推進建立“空天地”一體化水文監測體系。全面推動水位、雨量、流量、泥沙等水文要素的自動化監測，大幅提升水文監測自動化水平。新建水文站點原則上按自動站建設，實現無人值守和自動測報，現有水文站進行現代化改造和提檔升級。國家重要飲用水水源水質自動在線監測全覆蓋，實現土壤墑情和河道洪水演進等遙感監測常態化。加強水文巡測基地、水質監測能力建設，增配先進的巡測和應急監測裝備，提升應急處置快速決策水文支撐能力。

3.3.3 應用高新技術，全面提升水文信息化建設水平

全面提升水文信息服務智能化、標準化、多樣化水平。建成標準統一的水文數據基礎數據庫；進一步豐富數據來源，建設面向政府部門、水利行業、社會公眾的水文綜合信息服務平臺；加快大數據、云計算、人工智能等高新技術與水文業務融合，建成涵蓋水文、水資源、水質、水生態及綜合管理等全方面業務，集數據處理、預測預報和分析評價等功能于一體的智能化水文業務應用系統；對各級水情中心軟硬件及會商環境進行全面升級。全面加強流域水工程聯合調度的水文分析和預測預報。強化預報、預警、預演、預案“四預”措施，建設河湖水文映射工程，初步實現對重要河湖洪水過程的模擬推演和數字流場映射，實現水文預報預警自動化、預報調度一體化［3］。

3.3.4 加強保障能力建設，支撐水文運行管理與維護

深化水文管理體制改革，完善水文機構設置，創新水文業務管理模式，加快水文測驗方式改革。推進政府購買服務，培育水文設施設備運行維護市場；加強水文人才隊伍建設，健全人才培養機制；提高經費保障，建立多層次、多渠道的水文投入機制，確保水文事業良性發展。

4 結語

水文現代化建設是推進流域水文事業發展的重要保障。圍繞新發展階段高質量發展要求，必須通過優化調整水文站網、推進水文監測自動化、提升水文信息化建設水平、強化水文保障能力等方面推進水文現代化建設，為流域經濟社會發展和水利行業監管提供有力的基礎支撐。