從水文數(shù)字到數(shù)字水文

□王立存

千百年來(lái)，水文學(xué)所研究的成果包含了一組組的數(shù)據(jù)：水位、流量、含沙量、降雨量……這些數(shù)字是水文人做出的重要貢獻(xiàn)，是水利事業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。多年來(lái)水文收集了大量的數(shù)據(jù)，為后代積累了寶貴的財(cái)富。水文人將其看成是自己的生命，甚至是重于生命。

1.當(dāng)今水文現(xiàn)狀

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水文站網(wǎng)得到了極大擴(kuò)展，水文工作量也急劇增加，但是，水文自身發(fā)展相對(duì)滯后，與社會(huì)需求不相適應(yīng)。以我省邢臺(tái)為例，進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明。

邢臺(tái)市位于河北省中南部，太行山脈南段東麓，華北平原中部，晉冀魯3省之中。北緯36°45′～37°48′，東經(jīng)113°45′與115°50′之間。區(qū)域東西長(zhǎng)約185km，南北寬約80km，其狀略呈馬鞍形，面積12456km2。地勢(shì)西高東低，西部為中低山和丘陵區(qū)，東部為平原區(qū)。共有國(guó)家基本水文站10處，基本雨量站91處，基本水位站3處，地下水位觀測(cè)站138處，國(guó)家地下水監(jiān)測(cè)工程122處，地表水質(zhì)監(jiān)測(cè)站23處，地下水質(zhì)監(jiān)測(cè)站42處，排污口4處，土壤墑情監(jiān)測(cè)站24處。按照測(cè)區(qū)任務(wù)書輔助雨量站16處，水位站6處，水量輔助站16處，中小河流水文站12處，水位站9處，雨量站58處，山洪災(zāi)害站159處。

目前，10個(gè)基本站均為駐測(cè)，基本雨量站、墑情站、水位站為委托。山洪災(zāi)害站為政府購(gòu)買服務(wù)方式，經(jīng)過(guò)近一年的運(yùn)行，有一半的雨量站沒(méi)有資料或資料不完整；中小河建設(shè)完工后，無(wú)人駐守，另有11個(gè)巡測(cè)防汛斷面，大水時(shí)，其測(cè)驗(yàn)任務(wù)極其繁重。邢臺(tái)市下轄17縣市,邢臺(tái)水文局現(xiàn)有在職職工僅87人，縣域水文機(jī)構(gòu)卻幾乎為零，不能滿足地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要。

2.數(shù)字水文應(yīng)運(yùn)而生

在社會(huì)對(duì)水文的需求和水文發(fā)展滯后矛盾之時(shí)，人類進(jìn)入了以計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字化為主要特征的信息時(shí)代。信息化與現(xiàn)代化進(jìn)程給水文科學(xué)的發(fā)展帶來(lái)了新的希望。比如，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在數(shù)字高程模型(DEM)平臺(tái)研究上取得了初步成果，包括:自動(dòng)提取流域地形地貌特征、自動(dòng)生成流域和水系、給出下墊面特性和降雨的空間分布的定量描述、揭示水文的規(guī)律和機(jī)理、構(gòu)建具有物理基礎(chǔ)的完全分布式水文模型等。隨著各種測(cè)驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)化程度的提高，水文要素的采集、報(bào)送、處理和服務(wù)等方面有了根本性變革，水文學(xué)主動(dòng)或被動(dòng)地走上了數(shù)字化之路，數(shù)字水文亦應(yīng)運(yùn)而生。

數(shù)字水文就是將傳統(tǒng)的站點(diǎn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)字地球中各種源數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)同化系統(tǒng)的加工處理，產(chǎn)生覆蓋流域或區(qū)域空間的、數(shù)字化的、多重空間和時(shí)間尺度的、多種要素的、有價(jià)值的數(shù)據(jù)產(chǎn)品。與傳統(tǒng)水文模型相比，數(shù)字水文模型在產(chǎn)流單元的空間劃分、建模的技術(shù)手段、模型的輸入、模型的輸出等方面的優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)水文相比，數(shù)字水文在空間、要素、尺度上有大幅度的拓寬。數(shù)字水文是水文基礎(chǔ)科學(xué)和應(yīng)用技術(shù)的深層次結(jié)合，是地球空間多源水文數(shù)據(jù)的數(shù)字整合。它將會(huì)在防汛抗旱減災(zāi)、水資源管理、水環(huán)境保護(hù)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)等方面發(fā)揮更加重要的作用。

3.我省水文發(fā)展淺析

隨著時(shí)代的變遷，我省的水文也有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但是在監(jiān)測(cè)方式、大數(shù)據(jù)建設(shè)、水文信息服務(wù)方面還有很大差距。我們要抓好信息化建設(shè)、“互聯(lián)網(wǎng)+”、人工智能等機(jī)遇，利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，扎實(shí)推進(jìn)水文數(shù)字到數(shù)字水文的轉(zhuǎn)變，充分釋放水文的活力，提升水文服務(wù)社會(huì)的能力和水平。如何利用這些數(shù)據(jù)為社會(huì)、為人民提供更好的更多的優(yōu)質(zhì)服務(wù)，是走大水文之路的目標(biāo)和要求。

3.1 在水文監(jiān)測(cè)方式上下功夫

積極落實(shí)、努力推進(jìn)水利部提出水文監(jiān)測(cè)方式改革試點(diǎn)任務(wù)，盡可能多地選用自動(dòng)化設(shè)備，運(yùn)用人工智能技術(shù)。一是可以提高水文數(shù)據(jù)的數(shù)字化、信息化水平，及時(shí)把水文數(shù)據(jù)入庫(kù)，形成水文大數(shù)據(jù)，建立可靠、全面的水文數(shù)據(jù)模型，為防汛抗旱減災(zāi)提供更及時(shí)、準(zhǔn)確的支撐作用。二是可以把一線技術(shù)人員從繁重的體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，更多地投入到水文數(shù)據(jù)的分析、研究、利用中去。

3.2 在水文大數(shù)據(jù)建設(shè)上下功夫

當(dāng)今，大數(shù)據(jù)正在滲透到社會(huì)每個(gè)角落，無(wú)時(shí)無(wú)刻地影響著社會(huì)的每個(gè)個(gè)體、行業(yè)。水文也不例外，水文大數(shù)據(jù)不僅包括水文的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，還要有影響水文數(shù)據(jù)的相關(guān)內(nèi)容，甚至包括一線技術(shù)人員的性格、年齡等內(nèi)容，還要有水文變化影響社會(huì)、自然界的相關(guān)內(nèi)容，包括作物的生長(zhǎng)、氣候的變化等，要建立相關(guān)關(guān)系。這樣，水文才能夠指導(dǎo)人們的生產(chǎn)生活，才能夠全面服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。

3.3 在建設(shè)數(shù)字水文信息系統(tǒng)上下功夫

必須充分利用數(shù)字技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)水文進(jìn)行全面改革，將站點(diǎn)監(jiān)測(cè)的水文數(shù)據(jù)與數(shù)字地球中的有關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行同化整合，產(chǎn)生多重尺度（時(shí)間和空間）的、覆蓋整個(gè)空間（流域或區(qū)域）的，多種要素、數(shù)字化的水文數(shù)據(jù)產(chǎn)品，打造數(shù)字水文信息系統(tǒng)，更加深入了解水在自然界的變化趨勢(shì)，讓水文更深入地指導(dǎo)人們的生產(chǎn)、生活?！?/p>

2017-04-05

王立存，男，漢族，河北省水文水資源勘測(cè)局，工程師。