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(jīng)百年發(fā)展，在水文站網(wǎng)規(guī)劃布設、水文監(jiān)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(fā)，不斷深化水文改革，強力提升水文測報能力，持續(xù)推進水文現(xiàn)代化建設，大力開展水資源、水環(huán)境、水生態(tài)、水災害監(jiān)測、預測預報和分析評價等工作，為流域治理開發(fā)與管理提供了重要基礎支撐。

1 黃河水文發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 基本建成現(xiàn)代水文站網(wǎng)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(wǎng)得以構建。此后，又經(jīng)數(shù)次整頓和調整，水文站網(wǎng)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(wǎng)與區(qū)域經(jīng)濟發(fā)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(jīng)濟社會發(fā)展相適應的現(xiàn)代水文站網(wǎng)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(qū)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(jiān)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(nèi)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(xiàn)暢流期水位自記、液態(tài)降水量自動測報；多普勒流速剖面儀、電波流速儀等現(xiàn)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(xiàn)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(wèi)星遙感影像監(jiān)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(xù)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(xiàn)測驗方式優(yōu)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(tǒng)、無人機航測系統(tǒng)、三維激光掃描儀等新技術新設備，開展有針對性的實戰(zhàn)演練，應急監(jiān)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(xiàn)代預報技術，不斷豐富預報手段：開發(fā)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(xiàn)氣溫和暴雨數(shù)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(jù)；黃河小花間（小浪底—花園口區(qū)間）暴雨洪水預警預報系統(tǒng)持續(xù)發(fā)揮重要作用；建立黃河洪水預報系統(tǒng)，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(qū)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(fā)基于水文學和熱力學方法的冰凌預報模型，實現(xiàn)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(yè)發(fā)展和信息化技術發(fā)展現(xiàn)狀，初步建成以北斗衛(wèi)星、水利衛(wèi)星、計算機網(wǎng)絡和移動通信相結合的水情報汛通信網(wǎng)絡，實現(xiàn)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?；窘ǔ筛采w全局的計算機廣域網(wǎng)絡，各類水文信息傳輸時效明顯改善，在防汛抗旱工作中發(fā)揮了重要作用。

依托計算機網(wǎng)絡平臺，建設了實時水雨情數(shù)據(jù)庫、歷史水文數(shù)據(jù)庫、氣象數(shù)據(jù)庫等，開發(fā)了較完善的開放式水文數(shù)據(jù)庫應用系統(tǒng)，實現(xiàn)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(tǒng)，研發(fā)了黃河水情查詢與會商系統(tǒng)、水情可視化支持系統(tǒng)、水情手機短信、手機APP水情查詢系統(tǒng)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(yè)強監(jiān)管”新時代水利改革發(fā)展總基調，黃委確立了“規(guī)范管理、加快發(fā)展”總體要求，水文作為水利和經(jīng)濟社會發(fā)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(jiān)測數(shù)據(jù)和內(nèi)容豐富、形象直觀的服務產(chǎn)品，深化水文監(jiān)測改革、加快推進水文現(xiàn)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(fā)展仍不均衡不充分，現(xiàn)代化程度仍然不高，服務支撐能力依然有限。

2.1 站網(wǎng)布局與功能方面

河源區(qū)站網(wǎng)偏稀，難以對區(qū)域水文要素變化實施全面有效監(jiān)測；寧蒙及中游骨干節(jié)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(qū)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(tài)治理等的需求；水資源監(jiān)測站網(wǎng)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(jiān)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(jiān)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(jiān)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(tǒng)方式；冰期水位、流量、凌情自動監(jiān)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(jiān)測尚未實現(xiàn)全部站點的全覆蓋；水文局直管水質斷面中，只有1處實現(xiàn)自動在線監(jiān)測，水質信息觀測的時效和頻次難以滿足水環(huán)境管理要求。近年雖然優(yōu)化了部分測站測驗方式，但多數(shù)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(shù)測站已接入有線網(wǎng)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(jiān)測的需求。水文站自動或人工采集數(shù)據(jù)尚未有效實現(xiàn)自動處理，測站、勘測局、基層局在水文數(shù)據(jù)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(jiān)測能力方面

當前，黃河流域（片）應急監(jiān)測主要依托總隊和支隊開展，勘測局一級應急監(jiān)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(jiān)測支隊現(xiàn)有裝備僅限于感知端，現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳輸、處理能力弱，時效性差，迫切需要加強；應急監(jiān)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(jiān)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(qū)；寧蒙河段冰凌預報研究仍不能完全滿足實際生產(chǎn)需求，對冰情的變化規(guī)律和生消機理深入研究不夠；中游超滲產(chǎn)流區(qū)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(guī)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(shù)據(jù)庫尚未建設。水文業(yè)務與信息化技術融合程度不高，服務手段較為單一，服務產(chǎn)品種類有限，服務范圍有待拓展，還不能完全適應治黃生產(chǎn)需要和流域社會經(jīng)濟發(fā)展要求。

3 黃河水文現(xiàn)代化發(fā)展思路

目前黃河水文發(fā)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(fā)展方向和技術手段，實現(xiàn)一“點”突破，帶動全局發(fā)展。

3.1 發(fā)展基礎

近3 a來，黃河水文圍繞測報能力提升，引進研發(fā)一批基于聲、光、電等技術的先進監(jiān)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(tǒng)、同位素泥沙在線監(jiān)測等設備，實現(xiàn)水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)等“7+1”要素在線監(jiān)測；側掃雷達、H-ADCP、無人遙控ADCP流量監(jiān)測系統(tǒng)等已在部分測站使用；衛(wèi)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(xiàn)衛(wèi)星影像監(jiān)測、無驗潮技術在河口濱海區(qū)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(xiàn)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(xiàn)對多要素、多類型設備監(jiān)測數(shù)據(jù)的集中接收、處理、查詢、監(jiān)控等管理功能，初步實現(xiàn)了全河水文一個系統(tǒng)一站式登錄查詢、會商、分析、監(jiān)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(xiàn)代化建設積累了必要的技術儲備。

3.2 發(fā)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(wǎng)、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(wǎng)體系，技術先進、高效可靠的水文監(jiān)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(xiàn)監(jiān)測手段自動化、信息采集立體化、數(shù)據(jù)處理智能化、服務產(chǎn)品多樣化，打造“智慧水文”，為流域“強監(jiān)管”提供高效支撐。

3.3 發(fā)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(fā)展思路。

（1）發(fā)展考核指標。測站測驗方式逐步實現(xiàn)自動測報、遠程測控，充分利用現(xiàn)代技術手段，實現(xiàn)水文要素觀測的自動化，通過視頻監(jiān)測建立水文測控中心，實施異地遠程監(jiān)測；測驗方式實現(xiàn)駐巡結合、巡測優(yōu)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(xiàn)有人看管、無人值守，實現(xiàn)觀測人員的解放。水文測控中心實現(xiàn)遠程控制、實時監(jiān)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(fā)展技術途徑。依靠思維創(chuàng)新、體制創(chuàng)新、機制創(chuàng)新和科技創(chuàng)新，推行“互聯(lián)網(wǎng)+”水文深度融合，利用自動化、信息化、智能化水文監(jiān)測、傳輸、處理新技術、新方法，分類制定測驗方案。小河站、區(qū)域代表站實現(xiàn)水文要素的自動采集、遠程測控并與巡測相結合，實現(xiàn)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(nèi)容僅限于現(xiàn)場獲取原始測驗數(shù)據(jù)，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(huán)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(tǒng)觀念桎梏，立足水文現(xiàn)代化，改革測驗方式，優(yōu)化測驗方案，裝備基于互聯(lián)網(wǎng)的先進、可靠的設施設備及軟硬件，使測站實時水文數(shù)據(jù)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(qū)水文測驗遠程測控，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yōu)化機關一級人員結構，對中心予以業(yè)務指導。

4 推進現(xiàn)代化的重要舉措

4.1 補充完善水文站網(wǎng)布局

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

4.2 提擋升級基本測站監(jiān)測能力

立足監(jiān)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(fā)、水位、水溫等觀測全部實現(xiàn)在線自動測報，輔以視頻遠程監(jiān)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(yōu)先通過工程措施實現(xiàn)低水單值化在線測報，中高水裝備雷達波類設備實現(xiàn)在線監(jiān)測；對于含沙量不大、河床穩(wěn)定、有一定基流的站點，優(yōu)先裝備H-ADCP等設備實現(xiàn)在線監(jiān)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(jiān)測天數(shù)；對于實現(xiàn)在線困難的測站，升級改造遠程纜道控制系統(tǒng)，遠程操控流量監(jiān)測；重要泥沙監(jiān)測站在做好代表線選取的基礎上，合理裝備泥沙在線監(jiān)測設備；為無人值守和輪流固守監(jiān)測創(chuàng)造條件。此外，依托關鍵站點組建前線應急指揮中心，實現(xiàn)權限內(nèi)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(jiān)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(jiān)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(wǎng)絡設備、會商設備、巡測和應急監(jiān)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(fā)布等業(yè)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(fā)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(qū)基于物理機制的分布式水文模型和無資料地區(qū)洪水預報應用模型，建立河三區(qū)間（河口鎮(zhèn)—三門峽區(qū)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(yè)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(nèi)蒙古河段冰凌預報數(shù)學模型。做好水文基礎研究，不斷探索水沙規(guī)律，為流域管理決策提供依據(jù)。

4.5 提質增效水文信息服務水平

深化“互聯(lián)網(wǎng)+”與水文融合，將云計算、區(qū)塊鏈、5G等信息化發(fā)展成果融入測報業(yè)務及服務全過程，加快建設覆蓋全測區(qū)、貫穿各環(huán)節(jié)的水文業(yè)務綜合管理平臺，拓展信息查詢、遠程會商及監(jiān)視測控等功能，實現(xiàn)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(chǎn)品挖掘延展的多樣化，為流域綜合管理和經(jīng)濟社會發(fā)展提供內(nèi)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(xiàn)自動半自動化，再到當前逐步推廣在線監(jiān)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(huán)境仍無明顯改觀。推進水文現(xiàn)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(jīng)濟社會發(fā)展需求，密切跟蹤最新科技發(fā)展成果，產(chǎn)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(wǎng)絡化、處理智能化、服務多樣化為表征的水文現(xiàn)代測報體系，持續(xù)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(xiàn)“智慧水文”愿景，為流域“強監(jiān)管”和經(jīng)濟社會發(fā)展提供堅實的基礎支撐。