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

1.水文水資源監(jiān)測(cè)的概念和意義

1.1 水文監(jiān)測(cè)

主要從節(jié)約用水和污染防治兩個(gè)層面出發(fā)。通過水文水資源監(jiān)測(cè)，一方面能監(jiān)測(cè)水量變化，加強(qiáng)宣傳教育工作，促使民眾認(rèn)識(shí)到水資源的重要性，樹立節(jié)約用水意識(shí)。另一方面能監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)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(cè)數(shù)據(jù)，是開展分析、預(yù)測(cè)、預(yù)警工作的基礎(chǔ)。

水文監(jiān)測(cè)是水文部門對(duì)河湖、水庫(kù)、渠道、地下水進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)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(cè)的儀器設(shè)備，主要有巡測(cè)車、測(cè)船、水位觀測(cè)設(shè)備（即各種類型的水位計(jì)）、降水觀測(cè)設(shè)備（雨量計(jì)）、流量測(cè)驗(yàn)設(shè)備（流速儀、ADCP、H-ADCP等）?；跀?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(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳送，提高工作效率。

1.2 水資源監(jiān)測(cè)

水資源監(jiān)測(cè)是由水利部門對(duì)地表水、地下水等水源進(jìn)行水位、水質(zhì)監(jiān)測(cè)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(shí)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(cè)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(hù)水資源，加強(qiáng)整個(gè)社會(huì)的節(jié)水意識(shí)[1]。

1.3 監(jiān)測(cè)意義

（1）優(yōu)化配置水資源。分析一個(gè)區(qū)域或流域的水資源現(xiàn)狀，了解發(fā)展趨勢(shì)、評(píng)價(jià)承載能力，實(shí)現(xiàn)水資源的合理配置，能確保當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)社會(huì)的健康發(fā)展，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)調(diào)整，為社會(huì)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(hù)水資源。簡(jiǎn)單來說，水資源保護(hù)

2.水文水資源監(jiān)測(cè)的內(nèi)容和現(xiàn)狀

2.1 監(jiān)測(cè)內(nèi)容

從宏觀上看，水文水資源監(jiān)測(cè)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(cè)。我國(guó)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(cè)工作中，要根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的監(jiān)測(cè)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(jìn)行監(jiān)測(cè)；如果泥沙含量大，可采用量水槽法進(jìn)行監(jiān)測(cè)；如果河道周圍有建筑物，可測(cè)量水位、水深等數(shù)據(jù)，利用流量公式計(jì)算流量值；此外還有電磁法、浮標(biāo)法、稀釋法等，因地制宜進(jìn)行選擇。（2）地下水監(jiān)測(cè)。地下水監(jiān)測(cè)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(shí)，開展長(zhǎng)期保護(hù)工作。如圖1所示，地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)中心、通信網(wǎng)絡(luò)、微功耗測(cè)控終端、水位計(jì)4個(gè)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(cè)水質(zhì)。該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的靈活性強(qiáng)、經(jīng)濟(jì)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(cè)工作的要求[3]。（3）空中水監(jiān)測(cè)。隨著科學(xué)技術(shù)進(jìn)步，人工降雨技術(shù)走向成熟，開展空中水監(jiān)測(cè)工作就非常有必要。具體來看，人工降雨監(jiān)測(cè)、實(shí)際降雨監(jiān)測(cè)、云層監(jiān)測(cè)，是空中水監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容。這些監(jiān)測(cè)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(duì)溫室效應(yīng)、不正常氣候，還應(yīng)該對(duì)海洋及大氣進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖1 地下水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀

近年來，隨著我國(guó)工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展迅猛，水污染防治成為社會(huì)關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)，與此同時(shí)水文水資源監(jiān)測(cè)工作的地位提升。得益于法律法規(guī)的不斷完善，理論知識(shí)的豐富，以及實(shí)驗(yàn)活動(dòng)的開展，我國(guó)水文水資源監(jiān)測(cè)取得顯著成績(jī)。但是，因起步較晚、發(fā)展時(shí)間短，監(jiān)測(cè)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(cè)資料在收集時(shí)，主要依靠計(jì)算機(jī)和監(jiān)測(cè)設(shè)備完成，因技術(shù)本身發(fā)展不成熟，會(huì)影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。監(jiān)測(cè)工作的開展，需要專業(yè)人員選擇監(jiān)測(cè)點(diǎn)、設(shè)置技術(shù)參數(shù)，如果人員技術(shù)水平不高，也會(huì)影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的質(zhì)量。另外，數(shù)據(jù)量大、類型多樣，沒有對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，出現(xiàn)問題后還需要人工查找并解決，這個(gè)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(guó)水文水資源監(jiān)測(cè)工作發(fā)展快速，但是和西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，監(jiān)測(cè)技術(shù)和設(shè)備上依然存在差距。分析原因在于：1）監(jiān)測(cè)設(shè)備價(jià)格昂貴，購(gòu)備時(shí)需要國(guó)家財(cái)政支持，審查流程復(fù)雜。在一些基層監(jiān)測(cè)點(diǎn)，因資金投入不足，使用的監(jiān)測(cè)設(shè)備沒有及時(shí)更新，就會(huì)降低監(jiān)測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。2）監(jiān)測(cè)設(shè)備后續(xù)維護(hù)保養(yǎng)是一個(gè)要點(diǎn)，不僅具有專業(yè)性特點(diǎn)，而且對(duì)工作人員的經(jīng)驗(yàn)依賴較強(qiáng)。高素質(zhì)人員缺乏，設(shè)備在使用、管理、維護(hù)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(cè)工作的開展，相關(guān)的制度法律是依據(jù)和保障。我國(guó)《水資源污染與修復(fù)》《水資源水量監(jiān)測(cè)技術(shù)導(dǎo)則》《水資源管理監(jiān)督檢查辦法》《水環(huán)境保護(hù)法》等文件，對(duì)于水文水資源監(jiān)測(cè)工作的指導(dǎo)存在交叉和空白，沒有隨著時(shí)代發(fā)展及時(shí)更新完善，無法在細(xì)節(jié)上規(guī)范監(jiān)測(cè)行為，不僅提高了監(jiān)測(cè)工作難度，也會(huì)影響水環(huán)境保護(hù)工作的進(jìn)一步開展。（4）人為活動(dòng)問題。在整個(gè)自然界中，人類活動(dòng)對(duì)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(jì)不科學(xué)，反而會(huì)影響生態(tài)環(huán)境，不利于水資源監(jiān)測(cè)工作開展。如此，無法掌握河道的準(zhǔn)確信息，對(duì)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(jì)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(huì)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(cè)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(hù)生態(tài)環(huán)境的條件下，采用經(jīng)濟(jì)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(gè)因素：（1）地下水的補(bǔ)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(bǔ)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(yùn)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(cè)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(jì)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(duì)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(kuò)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(shí)現(xiàn)采補(bǔ)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(jì)算顯示東疆、南疆、北疆3個(gè)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(tái)在新疆地下水監(jiān)測(cè)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(jì)算為代表的技術(shù)走進(jìn)地下水監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。以新疆地區(qū)地下水系統(tǒng)為例，近年來，隨著該對(duì)地下水監(jiān)控能力的提升，自動(dòng)地下水監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(duì)此，實(shí)施技術(shù)改造，建成地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)云平臺(tái)。

4.1 平臺(tái)結(jié)構(gòu)組成

該平臺(tái)主要由3個(gè)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(cè)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、采集數(shù)據(jù)、地下水信息等傳輸至平臺(tái)。（2）監(jiān)測(cè)站子系統(tǒng)，可對(duì)大數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸存儲(chǔ)，輔助數(shù)字化管理系統(tǒng)的運(yùn)行，并進(jìn)行多媒體展示。（3）移動(dòng)App，方便人機(jī)交互，具有跨平臺(tái)、跨空間的特點(diǎn)。

4.2 核心功能

該云平臺(tái)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(jī)構(gòu)等。系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)有3類：（1）測(cè)站基本數(shù)據(jù)；（2）自動(dòng)采集數(shù)據(jù)；（3）人工錄入數(shù)據(jù)。對(duì)地下水自動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)，涉及地下水的水位、埋深、水溫等信息，采集間隔時(shí)間為4h。

5.結(jié)語

水文水資源監(jiān)測(cè)工作的開展，能優(yōu)化配置水資源，有助于保護(hù)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(tái)在新疆地下水監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用情況。隨著信息技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，水文水資源監(jiān)測(cè)向著數(shù)字化、信息化的方向轉(zhuǎn)變，不斷完善監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，發(fā)揮出信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于工作人員而言，享受信息技術(shù)帶來的好處的同時(shí)，還應(yīng)該注意數(shù)據(jù)安全防護(hù)，開展數(shù)據(jù)維護(hù)管理工作，為水文分析和污染防治工作的開展提供支持。