薛內(nèi)川，康一彬

(四川省水文水資源勘測局，成都，610037)

1 引言

水文資料的收集，與國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)的建設(shè)是密切相關(guān)的，不管是公路、橋梁、水庫、渠道、臨河建設(shè)，還是城市、鄉(xiāng)村防汛等，都需要水文、氣象資料支撐。老一輩水文工作者為收集雨量、水位、流量、泥沙等水文基礎(chǔ)資料，終年不分晝夜，堅(jiān)守在偏僻的水文測站，定時(shí)、不定時(shí)地收集和測量各類水文數(shù)據(jù)。在規(guī)定時(shí)間拿上專用量杯、披上雨衣進(jìn)行雨量觀讀；帶上水位記錄本、穿上救生衣、拿上手電筒，前往河邊測驗(yàn)斷面并進(jìn)行測量；踏上測船、吊箱逐點(diǎn)作流速測量。他們不管白天黑夜、刮風(fēng)下雨、雷鳴閃電，還是過年過節(jié)都堅(jiān)守于偏僻的水文測站，按測驗(yàn)任務(wù)要求完成每一次、每一日、每一月、每一年的水文測驗(yàn)工作。多少水文先輩為了完成一次流量資料的測驗(yàn)，獻(xiàn)出了自己寶貴的生命；多少前輩為收集到一年完整的水文數(shù)據(jù)獻(xiàn)出自己的青春、付出自己的一生。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，水文測驗(yàn)設(shè)施設(shè)備也在不斷的升級。自記雨量、自記水位、水文纜道等測驗(yàn)設(shè)備相繼出現(xiàn)，減輕了各測站職工勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了傷亡，但還是必須在測站進(jìn)行駐測，監(jiān)測手段還是較為落后。如今科學(xué)技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)日新月異，遙測技術(shù)也隨之引入水文領(lǐng)域，使水文遙測技術(shù)逐步發(fā)展壯大。

2 沿革

1987年至1992年，水利部首次規(guī)模性引進(jìn)美國技術(shù)建設(shè)了四川省漁子溪流域無人值守水文站遙測系統(tǒng)，系統(tǒng)采用國外極軌衛(wèi)星完成遙測信息的收集。這是我省水文系統(tǒng)首個(gè)水文遙測系統(tǒng)，為我省水文測驗(yàn)應(yīng)用遙測技術(shù)邁出了第一步。

1994年至1997年，四川省沱江上游流域水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)，采用我省自主研發(fā)的遙測設(shè)備，建于成都水文局三皇廟水文站及上游沱江河流站點(diǎn)，為我省水文遙測系統(tǒng)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。系統(tǒng)采用超短波為傳輸信道，實(shí)現(xiàn)了采集信息的實(shí)時(shí)傳輸。

1998年至2000年，國家開展了防汛指揮系統(tǒng)水情分中心示范區(qū)建設(shè)，我省建設(shè)了雅安水情分中心(含雅安市和甘孜州區(qū)域)。為我省防汛遙測系統(tǒng)建設(shè)與發(fā)展拉開序幕。系統(tǒng)采用短波和通信衛(wèi)星信道，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的遠(yuǎn)程組網(wǎng)。

2005年至2008年，三峽屏(山)寸(灘)區(qū)間水情遙測系統(tǒng)，關(guān)鍵設(shè)備采用美國產(chǎn)品，系統(tǒng)共有300個(gè)站點(diǎn)，其中覆蓋和建設(shè)我省成都、綿陽、內(nèi)江、南充、雅安、達(dá)州、眉山7個(gè)分中心185個(gè)雨量、水位遙測站；同期，國家防汛指揮系統(tǒng)一期開始建設(shè)，在成都、綿陽、南充、達(dá)州設(shè)立4個(gè)分中心，我省水文遙測系統(tǒng)建設(shè)逐步進(jìn)入高潮。

2008年至2012年，在“5·12”汶川特大地震災(zāi)后重建中，對成都、阿壩、綿陽、雅安、南充、達(dá)州水文局受災(zāi)站點(diǎn)恢復(fù)重建。率先在成都、阿壩、綿陽利用水文纜道行車搭載固定電波流速儀替代浮標(biāo)進(jìn)行中高洪水流量測驗(yàn)，開創(chuàng)了高水流量測驗(yàn)新技術(shù)，拓展了水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)的信息采集范圍。

為了統(tǒng)一信息傳輸格式，使不同項(xiàng)目遙測站采集數(shù)據(jù)達(dá)到兼容，2008年四川省水文局編制《水文測報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)約和協(xié)議》，規(guī)范和統(tǒng)一了我省水文遙測系統(tǒng)技術(shù)通訊協(xié)議。

2010年至2014年，中小河流水文遙測系統(tǒng)一期，全省21個(gè)市州的雨量站、水位站，由全省市州水務(wù)局承建，后期由市州水文局接收；同期各市州水文局對所屬中小河流水文站進(jìn)行改造；由省防辦于眉山、廣元、涼山、內(nèi)江、阿壩等水文局承建國家防汛指揮系統(tǒng)二期，交由相關(guān)各水文局管理、運(yùn)行，擴(kuò)大了我省水文遙測系統(tǒng)規(guī)模。

2013年至2015年，“4·20”雅安蘆山特大地震災(zāi)后重建遙測系統(tǒng)，由雅安、成都、眉山相關(guān)水文局對遙測系統(tǒng)進(jìn)一步地補(bǔ)充。

2015至2018年，四川省水文局對《水文測報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)約和協(xié)議》進(jìn)行了進(jìn)一步修訂與完善；針對突發(fā)山洪地質(zhì)災(zāi)害不斷發(fā)生，成功自主研發(fā)小型一體化水文應(yīng)急監(jiān)測遙測設(shè)備，提高了四川水文應(yīng)急監(jiān)測遙測能力。自主研發(fā)雨量滴定測試儀，保障遙測雨量數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性。

2015年至2019年，中小河流水文遙測系統(tǒng)二期，由全省21個(gè)市州水務(wù)局承建，后期由各市州水文局接收、管理、運(yùn)行，將流量在線監(jiān)測納入水文遙測系統(tǒng)監(jiān)測要素，使水文遙測技術(shù)得到創(chuàng)新。

綜上統(tǒng)計(jì)，我省目前共計(jì)近5700多個(gè)站點(diǎn)在平臺(tái)上運(yùn)行，其監(jiān)測項(xiàng)目從原來僅有的水位、雨量自動(dòng)采集與傳輸，擴(kuò)增到流量、蒸發(fā)、水質(zhì)與水資源監(jiān)測等項(xiàng)目的自動(dòng)監(jiān)測。

3 歷程

3.1 遙測技術(shù)引入水文

3.2 自主研發(fā)與創(chuàng)新

我局于1997年成功地自主研發(fā)了水文遙測數(shù)據(jù)采集終端機(jī)(RTU)，由四川省成都水文水資源勘測局設(shè)備科與預(yù)報(bào)科共同承建與運(yùn)行維護(hù)，將其應(yīng)用于沱江三皇廟水文站以上流域。建立了我省第一套自主研發(fā)的沱江上游水文自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)，主要站點(diǎn)有石堤堰、關(guān)口、新橋、漢王場、青坪、天池、馬井、紅白、大寶、黃許、高景關(guān)、三皇廟等水位、雨量遙測站，該系統(tǒng)采用超短波為信息傳輸載體。該系統(tǒng)水位、雨量采集數(shù)據(jù)上傳及時(shí)、準(zhǔn)確，在1998年防洪預(yù)報(bào)等中得到了充分的體現(xiàn)。

3.3 明確方向投入建設(shè)

我國水文遙測設(shè)備研發(fā)突飛猛進(jìn)，隨著招投標(biāo)制度的強(qiáng)化與完善，第三方承建單位不斷涌現(xiàn)，從國家防汛指揮系統(tǒng)示范區(qū)建設(shè)開始，均采取招標(biāo)方式建設(shè)我省的各類遙測系統(tǒng)。首先是雅安水文局的示范區(qū)，含地處甘孜州在內(nèi)的共計(jì)17個(gè)水文站及雨量站，因當(dāng)時(shí)僅有PSTN、短波與超短波、以及未普及民用的同步衛(wèi)星，而有線PSTN通訊受地域限制、運(yùn)行不穩(wěn)定以及費(fèi)用較高，超短波通信難以實(shí)現(xiàn)長距離傳輸?shù)葪l件限制，采用短波與同步衛(wèi)星組合信道方式。由于短波干擾較為嚴(yán)重，同步衛(wèi)星運(yùn)行不穩(wěn)定，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)接收成功率遠(yuǎn)不能達(dá)到預(yù)期效果，使得遙測信息通信手段呈現(xiàn)瓶頸，而后改為移動(dòng)GSM短信，也因短信信息出現(xiàn)排隊(duì)、擁堵等現(xiàn)象，其通信瓶頸情況未得到根本解決。

3.4 把握時(shí)機(jī)，引入新資源

隨著我國移動(dòng)通信迅速發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋面迅速擴(kuò)大，2005年根據(jù)三峽梯調(diào)建設(shè)“屏-寸區(qū)間水情測報(bào)系統(tǒng)”計(jì)劃，我局承擔(dān)了主要設(shè)計(jì)工作，該系統(tǒng)共計(jì)300個(gè)遙測站點(diǎn)，分布在四川、重慶、云南、貴州以及湖北共5個(gè)省(市)，其中在我省7個(gè)地區(qū)局建設(shè)水位、雨量站點(diǎn)共計(jì)185個(gè)。我省水文局與相關(guān)各局積極配合，參與系統(tǒng)建設(shè)站點(diǎn)的現(xiàn)場查勘、信道測試，系統(tǒng)建設(shè)與運(yùn)行管理。信道測試主要有移動(dòng)公司的GSM短信信道、電信和聯(lián)通的CDMA短信信道、北斗衛(wèi)星短信信道、海事衛(wèi)星短信道以及PSTN有線信道。通過測試及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析，最終選用PSTN有線信道、移動(dòng)GSM、北斗衛(wèi)星短信為系統(tǒng)建設(shè)通信信道，解決了我省遙測信息傳輸通信信道的瓶頸，加快了水文遙測系統(tǒng)建設(shè)的步伐。在深度參與三峽遙測系統(tǒng)的建設(shè)與管理過程中，全省水文系統(tǒng)在遙測系統(tǒng)及水文基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)與管理工作中積累了不少經(jīng)驗(yàn)，建設(shè)與管理工作也更加規(guī)范。

2008年5月初完成系統(tǒng)建設(shè)任務(wù)，在緊隨的2008年5月12日的汶川特大地震中，三峽遙測系統(tǒng)在震區(qū)堰塞湖水文監(jiān)測中發(fā)揮了極大作用。在移動(dòng)通信一度中斷的情況下，所有監(jiān)測數(shù)據(jù)均由北斗衛(wèi)星短信上傳至中心站平臺(tái)，為震區(qū)堰塞湖處置提供了有力的決策依據(jù)，同時(shí)也為我省遙測系統(tǒng)后期通訊信道的選取明確了方向。

3.5 規(guī)范要求，大膽創(chuàng)新

通過不斷學(xué)習(xí)、總結(jié)與沉淀，結(jié)合移動(dòng)通信GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)展進(jìn)程，根據(jù)水文資料的收集、預(yù)警預(yù)報(bào)實(shí)時(shí)需求，自2008年災(zāi)后重建水情遙測系統(tǒng)建設(shè)開始，在省水文局各級領(lǐng)導(dǎo)大力支持下，以康一彬、林偉、趙國茂、薛內(nèi)川等為主的技術(shù)隊(duì)伍，編制了一套適用、合理、可操作的《水文測報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)約和協(xié)議》。規(guī)范、統(tǒng)一了我省水文遙測系統(tǒng)通訊規(guī)約和協(xié)議，并應(yīng)用于國家防汛指揮系統(tǒng)、災(zāi)后重建水文遙測系統(tǒng)等建設(shè)中。

在災(zāi)后重建系統(tǒng)建設(shè)中，結(jié)合新型水面流速監(jiān)測設(shè)備電波流速儀，利用固定電波流速儀的工作特點(diǎn)，大膽創(chuàng)新，率先將固定電波流速儀裝載于水文纜道鉛魚行車進(jìn)行中高洪水水面流速測驗(yàn)，取代傳統(tǒng)浮標(biāo)法流量測驗(yàn)手段。從實(shí)踐中得到證實(shí)與應(yīng)用，為后期水文流量在線測量奠定了基礎(chǔ)。

3.6 加快建設(shè)步伐，擴(kuò)大監(jiān)測要素

2012年以來，中小河流水文遙測系統(tǒng)、水資源監(jiān)控能力建設(shè)工作相繼開展，不但使水文遙測系統(tǒng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，水資源監(jiān)控能力建設(shè)也相繼開展與遙測應(yīng)用。

總結(jié)災(zāi)后恢復(fù)重建期間的建設(shè)與創(chuàng)新經(jīng)驗(yàn)，充分利用現(xiàn)代先進(jìn)水文自動(dòng)測驗(yàn)設(shè)備，將先進(jìn)自動(dòng)化監(jiān)測設(shè)備引入中小河流水文監(jiān)測與水資源在線監(jiān)測項(xiàng)目中，發(fā)揮自動(dòng)監(jiān)測設(shè)備的作用。在中小河流水文站和水資源監(jiān)控能力建設(shè)過程中，將河道流量、渠道流量、管道流量、水工建筑推算流量等流量在線自動(dòng)監(jiān)測納入建設(shè)內(nèi)容。

為適應(yīng)中小河流建設(shè)需求，以蔣吉發(fā)、康一彬、薛內(nèi)川、趙國茂、何宇、李道彬、王正勇、劉飛、常亮等為主的技術(shù)人員，根據(jù)系統(tǒng)建設(shè)的需求，先后于2012、2015、2018年多次對《水文測報(bào)系統(tǒng)技術(shù)規(guī)約和協(xié)議》進(jìn)行修訂、完善。從原來主要以雨量與水位等要素為主的采集、傳輸進(jìn)行約定，擴(kuò)充到流量、蒸發(fā)、水質(zhì)、水溫、水資源項(xiàng)目等領(lǐng)域的遙測信息采集與傳輸進(jìn)行約定與完善，使之更豐富、更全面、應(yīng)用范圍更廣泛。

3.7 不忘初心、應(yīng)用創(chuàng)新

自2008年“5·12”汶川特大地震以及2014年“4·20”雅安蘆山特大地震后，每年的山體高位垮塌等地質(zhì)災(zāi)害不斷出現(xiàn)，水文抗災(zāi)應(yīng)急監(jiān)測不可忽視。為在第一時(shí)間投入水文應(yīng)急監(jiān)測，為抗災(zāi)應(yīng)急搶險(xiǎn)及時(shí)提供第一手監(jiān)測數(shù)據(jù)，我局于2017年成功自主研發(fā)了“小型一體化應(yīng)急監(jiān)測設(shè)備”，被各地區(qū)水文局廣泛采用。在近年來突發(fā)地質(zhì)災(zāi)害的水文應(yīng)急監(jiān)測中，在地質(zhì)災(zāi)害處置決策中收集到完整的數(shù)據(jù)資料，為災(zāi)害處置決策發(fā)揮較大作用。為此，該設(shè)備取得國家實(shí)用新型技術(shù)專利并被水利部認(rèn)定為“水利先進(jìn)實(shí)用技術(shù)”。

鑒于各項(xiàng)目所建遙測站共計(jì)近5700個(gè)，水文遙測站均有雨量要素的自動(dòng)采集，采集上傳的雨量數(shù)據(jù)將直接影響預(yù)警預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確性，為此薛內(nèi)川自主研發(fā)了雨量滴定測試儀，規(guī)范了雨量傳感器的現(xiàn)場滴定與校準(zhǔn)誤差評定，確保雨量數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性，并取得國家實(shí)用新型專利。

4 結(jié)語

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，我省水文行業(yè)遙測、遙感技術(shù)也將隨之更加突飛猛進(jìn)，在將來的水文遙測技術(shù)中將會(huì)涌現(xiàn)出更多、更實(shí)用新技術(shù)，諸如時(shí)差法、側(cè)掃雷達(dá)、視覺水位、視覺流量等先進(jìn)的水文要素監(jiān)測技術(shù)與監(jiān)測手段，使我省水文遙測技術(shù)將更加壯大、更加先進(jìn)。