簡述水文水資源監(jiān)測現(xiàn)狀及數(shù)據(jù)維護管理

艾力帕爾·阿合買提

（新疆維吾爾自治區(qū)水文信息中心，新疆烏魯木齊 830000）

0.引言

水文水資源監(jiān)測工作的開展，出發(fā)點是生態(tài)環(huán)境保護，尤其是水環(huán)境保護，提高水資源的利用效率，達(dá)到節(jié)能效果。我國水文水資源監(jiān)測工作起步晚、發(fā)展時間短，在技術(shù)、設(shè)備、人才等方面均存在不足之處。新形勢下，充分利用信息技術(shù)，創(chuàng)新監(jiān)測工作方法和模式，提高監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性，成為相關(guān)機構(gòu)的關(guān)注要點。以下結(jié)合筆者的個人實踐，探討了水文水資源監(jiān)測現(xiàn)狀及數(shù)據(jù)維護管理工作的相關(guān)事宜。

1.水文水資源監(jiān)測的概念和意義

1.1 水文監(jiān)測

主要從節(jié)約用水和污染防治兩個層面出發(fā)。通過水文水資源監(jiān)測，一方面能監(jiān)測水量變化，加強宣傳教育工作，促使民眾認(rèn)識到水資源的重要性，樹立節(jié)約用水意識。另一方面能監(jiān)測水質(zhì)變化，判斷水體是否發(fā)生污染，判斷污染物成分、含量、危害程度，繼而指導(dǎo)污染治理工作開展。（3）服務(wù)于水環(huán)境管理。水環(huán)境是生態(tài)環(huán)境的組成部分，而且水體和大氣、土壤等要素密切相關(guān)、互相影響[2]。水環(huán)境管理工作中，跨水域調(diào)度、實時或年紀(jì)間的調(diào)度、區(qū)域內(nèi)不同水體的調(diào)度、地表水和地下水的調(diào)度、洪水的利用等，均離不開水文水資源監(jiān)測數(shù)據(jù)，是開展分析、預(yù)測、預(yù)警工作的基礎(chǔ)。

水文監(jiān)測是水文部門對河湖、水庫、渠道、地下水進行實時監(jiān)測，主要監(jiān)測指標(biāo)有水位、流量、流速、降雨、蒸發(fā)、泥沙、冰凌、水質(zhì)和墑情。用于水文監(jiān)測的儀器設(shè)備，主要有巡測車、測船、水位觀測設(shè)備（即各種類型的水位計）、降水觀測設(shè)備（雨量計）、流量測驗設(shè)備（流速儀、ADCP、H-ADCP等）。基于數(shù)據(jù)采集、傳感、無線通信等技術(shù)的支持下，逐漸形成完善的水文監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時傳送，提高工作效率。

1.2 水資源監(jiān)測

水資源監(jiān)測是由水利部門對地表水、地下水等水源進行水位、水質(zhì)監(jiān)測和管理工作，為水資源的合理開發(fā)和利用提供支持。眾所周知，隨著時間和空間變化，地表水和地下水的數(shù)量、質(zhì)量也發(fā)生變化，是自然和人為因素綜合作用的結(jié)果。通過水資源監(jiān)測能了解水量、水質(zhì)的變化，掌握變化規(guī)律，最終的目的是保護水資源，加強整個社會的節(jié)水意識[1]。

1.3 監(jiān)測意義

（1）優(yōu)化配置水資源。分析一個區(qū)域或流域的水資源現(xiàn)狀，了解發(fā)展趨勢、評價承載能力，實現(xiàn)水資源的合理配置，能確保當(dāng)?shù)亟?jīng)濟社會的健康發(fā)展，促進產(chǎn)業(yè)調(diào)整，為社會可持續(xù)發(fā)展提供決策支持。例如南水北調(diào)工程，可以緩解北方水資源匱乏的現(xiàn)狀，滿足當(dāng)?shù)氐纳詈蜕a(chǎn)用水需求。（2）有助于保護水資源。簡單來說，水資源保護

2.水文水資源監(jiān)測的內(nèi)容和現(xiàn)狀

2.1 監(jiān)測內(nèi)容

從宏觀上看，水文水資源監(jiān)測的內(nèi)容主要是地表水、地下水和空中水3部分。

（1）地表水監(jiān)測。我國地域廣闊，不同區(qū)域的地形地貌差異明顯，因此地表水監(jiān)測工作中，要根據(jù)實際情況選擇合適的監(jiān)測技術(shù)方法。以小流量河道為例，如果河道內(nèi)泥沙含量和漂浮物少，可采用超聲波、多普勒儀器進行監(jiān)測；如果泥沙含量大，可采用量水槽法進行監(jiān)測；如果河道周圍有建筑物，可測量水位、水深等數(shù)據(jù)，利用流量公式計算流量值；此外還有電磁法、浮標(biāo)法、稀釋法等，因地制宜進行選擇。（2）地下水監(jiān)測。地下水監(jiān)測主要獲得地下水的水位、水溫、水質(zhì)信息，在合理開發(fā)利用的同時，開展長期保護工作。如圖1所示，地下水監(jiān)測系統(tǒng)由監(jiān)測中心、通信網(wǎng)絡(luò)、微功耗測控終端、水位計4個部分組成，可以得到水位、孔隙壓力、滲透性等數(shù)據(jù)，并按規(guī)范要求取水樣檢測水質(zhì)。該監(jiān)測系統(tǒng)的靈活性強、經(jīng)濟性高、不僅結(jié)果精確可靠，而且功能多樣化，能滿足地下水監(jiān)測工作的要求[3]。（3）空中水監(jiān)測。隨著科學(xué)技術(shù)進步，人工降雨技術(shù)走向成熟，開展空中水監(jiān)測工作就非常有必要。具體來看，人工降雨監(jiān)測、實際降雨監(jiān)測、云層監(jiān)測，是空中水監(jiān)測的主要內(nèi)容。這些監(jiān)測工作的開展，主要依靠雷達(dá)、衛(wèi)星和氣象數(shù)據(jù)；另外為了應(yīng)對溫室效應(yīng)、不正常氣候，還應(yīng)該對海洋及大氣進行監(jiān)測。

圖1 地下水監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 監(jiān)測現(xiàn)狀

近年來，隨著我國工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅猛，水污染防治成為社會關(guān)注的一個焦點，與此同時水文水資源監(jiān)測工作的地位提升。得益于法律法規(guī)的不斷完善，理論知識的豐富，以及實驗活動的開展，我國水文水資源監(jiān)測取得顯著成績。但是，因起步較晚、發(fā)展時間短，監(jiān)測工作中存在不少問題，總結(jié)如下。

（1）資料收集問題。水文水資源監(jiān)測資料在收集時，主要依靠計算機和監(jiān)測設(shè)備完成，因技術(shù)本身發(fā)展不成熟，會影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。監(jiān)測工作的開展，需要專業(yè)人員選擇監(jiān)測點、設(shè)置技術(shù)參數(shù)，如果人員技術(shù)水平不高，也會影響監(jiān)測數(shù)據(jù)的質(zhì)量。另外，數(shù)據(jù)量大、類型多樣，沒有對實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進行對比，出現(xiàn)問題后還需要人工查找并解決，這個過程需要消耗大量人力物力。（2）技術(shù)設(shè)備問題。近年來，我國水文水資源監(jiān)測工作發(fā)展快速，但是和西方發(fā)達(dá)國家相比，監(jiān)測技術(shù)和設(shè)備上依然存在差距。分析原因在于：1）監(jiān)測設(shè)備價格昂貴，購備時需要國家財政支持，審查流程復(fù)雜。在一些基層監(jiān)測點，因資金投入不足，使用的監(jiān)測設(shè)備沒有及時更新，就會降低監(jiān)測結(jié)果的準(zhǔn)確性。2）監(jiān)測設(shè)備后續(xù)維護保養(yǎng)是一個要點，不僅具有專業(yè)性特點，而且對工作人員的經(jīng)驗依賴較強。高素質(zhì)人員缺乏，設(shè)備在使用、管理、維護上存在不足之處，不僅影響設(shè)備的性能，還可能縮短使用壽命。（3）制度法律問題。水文水資源監(jiān)測工作的開展，相關(guān)的制度法律是依據(jù)和保障。我國《水資源污染與修復(fù)》《水資源水量監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》《水資源管理監(jiān)督檢查辦法》《水環(huán)境保護法》等文件，對于水文水資源監(jiān)測工作的指導(dǎo)存在交叉和空白，沒有隨著時代發(fā)展及時更新完善，無法在細(xì)節(jié)上規(guī)范監(jiān)測行為，不僅提高了監(jiān)測工作難度，也會影響水環(huán)境保護工作的進一步開展。（4）人為活動問題。在整個自然界中，人類活動對水環(huán)境的影響不可小覷。雖說水利工程具有防洪減災(zāi)的作用，但是前期勘察不足、設(shè)計不科學(xué)，反而會影響生態(tài)環(huán)境，不利于水資源監(jiān)測工作開展。如此，無法掌握河道的準(zhǔn)確信息，對洪期判斷出現(xiàn)誤差，未采取有效防控措施，很容易造成洪澇災(zāi)害和經(jīng)濟損失。在城市內(nèi)，盲目打造人工濕地、生態(tài)水體，表面上可以美化城市環(huán)境，但會擾亂地表水和地下水的水位、流量，導(dǎo)致水文要素成為不可控因素，為監(jiān)測工作帶來不確定性。

3.新疆地區(qū)地下水現(xiàn)狀及開采潛力

3.1 地下水開采量

地下水開采是有限度的，在保護生態(tài)環(huán)境的條件下，采用經(jīng)濟性、可行的技術(shù)措施，從地下含水層中采集水資源。一般來說，地下水開采量取決于2個因素：（1）地下水的補給量；（2）開采條件。在新疆平原地區(qū)，灌區(qū)面積占比不足10%，但地下水資源占比達(dá)到82%以上，因此灌區(qū)是地下水資源集中地。灌區(qū)以外的地下水，主要是地表水滲漏補給，這部分水源和生態(tài)環(huán)境密切相關(guān)，不能開采。近年來，隨著地下水位升高，土壤鹽漬化加重，地下水的調(diào)蓄作用更加突出。

結(jié)合新疆地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、水利設(shè)施建設(shè)運行情況，初步確定地下水資源的開采量達(dá)到每年153.2×108m3，具體見表1。

表1 新疆地區(qū)地下水開采量測算結(jié)果

3.2 開采潛力分析

地下水資源的開采潛力，可用開采潛力指數(shù)（P）表示，計算方法是：

式中，Qk代表地下水可開采量，Qc代表地下水已開采量。對于P值大小的判斷標(biāo)準(zhǔn)是：P＞1.2，說明開采潛力大，可擴大開采規(guī)模；P在0.8～1.2之間，說明開采潛力一般，采取控制手段，實現(xiàn)采補平衡；P＜0.8，說明開采潛力不足，出現(xiàn)超采現(xiàn)象。

基于表1中調(diào)查數(shù)據(jù)，計算顯示東疆、南疆、北疆3個地區(qū)的地下水開采潛力指數(shù)分別是0.62、2.04、1.21，說明東疆地區(qū)開采潛力不足，北疆地區(qū)具有一定開采潛力，南疆地區(qū)的開采潛力巨大。

4.云平臺在新疆地下水監(jiān)測中的應(yīng)用

信息技術(shù)的快速發(fā)展，以物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算為代表的技術(shù)走進地下水監(jiān)測領(lǐng)域。以新疆地區(qū)地下水系統(tǒng)為例，近年來，隨著該對地下水監(jiān)控能力的提升，自動地下水監(jiān)測點數(shù)量不斷增加，采集的數(shù)據(jù)量越來越大，以往的管理系統(tǒng)不滿足業(yè)務(wù)查詢要求，數(shù)據(jù)傳輸和處理效率低。對此，實施技術(shù)改造，建成地下水自動監(jiān)測云平臺。

4.1 平臺結(jié)構(gòu)組成

該平臺主要由3個部分組成：（1）監(jiān)控中心子系統(tǒng)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，將監(jiān)測設(shè)備運行數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)、地下水信息等傳輸至平臺。（2）監(jiān)測站子系統(tǒng)，可對大數(shù)據(jù)進行傳輸存儲，輔助數(shù)字化管理系統(tǒng)的運行，并進行多媒體展示。（3）移動App，方便人機交互，具有跨平臺、跨空間的特點。

4.2 核心功能

該云平臺的使用用戶，是水利水利管理職能部門，例如水文局、水資源管理機構(gòu)等。系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)有3類：（1）測站基本數(shù)據(jù)；（2）自動采集數(shù)據(jù)；（3）人工錄入數(shù)據(jù)。對地下水自動監(jiān)測時，涉及地下水的水位、埋深、水溫等信息，采集間隔時間為4h。

5.結(jié)語

水文水資源監(jiān)測工作的開展，能優(yōu)化配置水資源，有助于保護水資源，服務(wù)于水環(huán)境管理。文章分析了新疆地區(qū)地下水現(xiàn)狀及開采潛力，介紹了云平臺在新疆地下水監(jiān)測中的應(yīng)用情況。隨著信息技術(shù)的進一步發(fā)展，水文水資源監(jiān)測向著數(shù)字化、信息化的方向轉(zhuǎn)變，不斷完善監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮出信息技術(shù)的優(yōu)勢。對于工作人員而言，享受信息技術(shù)帶來的好處的同時，還應(yīng)該注意數(shù)據(jù)安全防護，開展數(shù)據(jù)維護管理工作，為水文分析和污染防治工作的開展提供支持。