長江水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新實踐與探討

陳守榮，香天元，趙 昕

（水利部長江水利委員會水文局，430010，武漢）

一、長江水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新的內(nèi)容及計劃

為推進長江水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新，長江委水文局于2007年提出了 “開展長江水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新”的新任務(wù)，并制定了《長江委水文局水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新實施方案》（簡稱實施方案）下發(fā)各勘測局實施，作為推進整個水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新工作的主要依據(jù)。

長江水文測驗方式方法的技術(shù)創(chuàng)新原則是：加強測驗方式方法適用性分析研究，推進技術(shù)進步的原則；突出重點，分步實施的原則；分類示范，整體推進的原則；技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、管理體制與測驗方式方法創(chuàng)新互容的原則。

1.實施的對象及內(nèi)容

實施水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新的對象是81個長江委水文局所屬常年觀測的基本水文站，實施內(nèi)容主要為流量和懸移質(zhì)泥沙的測驗，包括與流量、泥沙測驗項目相關(guān)的測驗方式方法、資料整編方法和相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。創(chuàng)新內(nèi)容可分為3個層面：

（1）確立測驗方式方法

一是測驗的技術(shù)方案，即水文測驗方式，包括流量、含沙量測次的分布、測驗垂線數(shù)及測點數(shù)的確定；在滿足用戶需求的前提下，對流量、含沙量實施檢測、間測的形式（即駐測或巡測）；二是測驗的手段，即水文測驗方法，指收集流量、含沙量資料所需要的水文儀器設(shè)備及與之配套的測驗方法。

（2）完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

通過水文測驗方式方法的創(chuàng)新活動，完善長江委水文局制定的水文測驗補充技術(shù)規(guī)定，同時為修訂水文測驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)（含國家標(biāo)準(zhǔn)與部級標(biāo)準(zhǔn)）提供技術(shù)支撐。

（3）創(chuàng)新技術(shù)管理模式

針對水文測站不同的測驗方式方法，提出不同的測驗管理模式與質(zhì)量控制辦法，針對水文測站的具體情況，建立流量、泥沙測驗的檢測、間測、巡測（或汛駐枯巡）的管理模式與水文測驗質(zhì)量管理體系。

2.預(yù)期目標(biāo)

通過水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新的實施，達(dá)到優(yōu)化水文測驗方案、完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、提升技術(shù)管理水平的目標(biāo)。

（1）優(yōu)化水文測驗方案

根據(jù)不同服務(wù)對象對水文測驗資料的需求分析，優(yōu)化水文測驗方案。在保證水文測驗成果精度的前提下，從流量、含沙量測次分布上（流量測驗是按時間，還是按流量級或水位級分布；含沙量測驗是按水位變化，還是按流量變化分布）全面進行測驗方案的優(yōu)化，在確保水文信息服務(wù)的時效性與成果的可靠性前提下，滿足不同服務(wù)對象的需求。

（2）完善技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

水文測驗方式方法的技術(shù)創(chuàng)新，必須要有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)作支撐。要求各勘測局在水文測驗方式方法的具體實踐中，提出符合實際并滿足質(zhì)量精度要求的補充技術(shù)規(guī)定的建議和意見，以推動長江委水文局補充技術(shù)規(guī)定的修訂與完善。補充技術(shù)規(guī)定經(jīng)實踐檢驗后，由長江委水文局向國家水文主管部門提交修改相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建議，促進技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的完善。

（3）提升技術(shù)管理水平

通過水文測驗方式方法的技術(shù)創(chuàng)新，促進長江委水文技術(shù)管理水平的提高。在水文要素關(guān)系變化較為穩(wěn)定的測站，以巡測替代駐測，以間測、檢測替代常年施測；在受水利工程建設(shè)影響的測站，以水工建筑物推求流量，替代傳統(tǒng)的流量測驗，或以先進的測驗儀器取代傳統(tǒng)的測驗方法，如用走航式ADCP法或定點式ADCP流量因子在線監(jiān)測法取代旋槳式流速儀法，提高水文測驗效率和技術(shù)管理水平。

3.計劃安排

長江委水文局對所有常年觀測的水文站提出了單值化分析、流量精簡分析、懸移質(zhì)方案、測流新技術(shù)（如ADCP）、測沙新技術(shù)（如 LISST）等 5個主要方面的測驗方式方法的技術(shù)創(chuàng)新，并根據(jù)各測站的特性與實際情況，制訂了“長江委水文局測站測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新逐站計劃表”。各勘測局根據(jù)計劃，逐站落實流量、含沙量測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新的具體內(nèi)容與要求。

長江委水文局計劃分3批次在3～5年內(nèi)，完成水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新。第一批從2008年1月開始實施，第二批從2009年1月開始實施，第三批從2010年1月開始，2010年年底全部完成。對于個別情況特殊或條件困難的測站，適當(dāng)延長1～2年時間。

二、水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新進展情況

經(jīng)初步統(tǒng)計，長江委水文局第一批實施水文測驗技術(shù)創(chuàng)新共完成ADCP投產(chǎn)15個站（包括第二批2個站），占計劃總數(shù)的56%；水位—流量單值分析8個站，占計劃總數(shù)的20%；流量測驗方案優(yōu)化分析37個站（含第二批7個站），占計劃總數(shù)的50%；泥沙測驗方案優(yōu)化分析33個站 （含第二批14個站），占計劃總數(shù)的57%，開展水文巡測20個站，占計劃總數(shù)的38%。

為給水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新提供技術(shù)保障，組織開展了《水文測驗服務(wù)需求研究》《水文測驗精度研究》《水文測驗技術(shù)管理研究》和《技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)性研究》等4個專題的研究，經(jīng)過近2年的努力，也取得了階段性成果，部分專題研究成果已用于指導(dǎo)水文測驗。

三、水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新目標(biāo)的探討

水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新是一個復(fù)雜而龐大的系統(tǒng)工程，涉及水文測驗的手段、規(guī)律方法、管理體制、運作模式、理念與認(rèn)知，以及標(biāo)準(zhǔn)體系等一系列問題。一些問題涉及整個行業(yè)的根基，一旦改變，將對整個水文行業(yè)的管理體制與運作模式產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新不是單純的測次減少，不是單純的節(jié)約成本，也不是單純的新儀器應(yīng)用。它注重的是測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新所產(chǎn)生的社會效益，社會對水文信息的高標(biāo)準(zhǔn)需求，以及水文事業(yè)的發(fā)展與技術(shù)現(xiàn)代化進程等等。

水文測驗改革創(chuàng)新目標(biāo)的內(nèi)容主要包括3個層面：一是理念層面，二是技術(shù)層面，三是管理層面。

1.理念層面

水文測驗改革創(chuàng)新的方向之一，就是革新理念。

（1）服務(wù)理念要與時俱進

傳統(tǒng)的水文行業(yè)主要集中在為防汛抗旱、基本資料的收集、工程規(guī)劃與設(shè)計等提供服務(wù)。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，傳統(tǒng)的水文服務(wù)已不能夠滿足社會發(fā)展對水文信息的需要，如目前社會對水文信息要求更為及時，對監(jiān)測的內(nèi)容要求更為全面、廣泛，除傳統(tǒng)的測、報、算外，一些領(lǐng)域如小流域綜合治理，水資源綜合管理，水資源實時預(yù)報，節(jié)水型社會建設(shè)等，都需要水文行業(yè)提供更多的服務(wù)與支撐。水文行業(yè)必須改進測驗方式方法，要按照大水文觀的要求，全面提升水文服務(wù)的能力與水平，適應(yīng)經(jīng)濟社會發(fā)展的需要。

（2）水文測報技術(shù)要先進

在保證適宜測驗精度的前提下，能夠提高測驗效率、效果，減小勞動強度或測驗時間，降低測驗成本，提高測站的測洪報汛能力等的方式方法，都是技術(shù)創(chuàng)新。

先進儀器是現(xiàn)代化的手段，但并不是使用了先進儀器就是實現(xiàn)了現(xiàn)代化。水文測驗現(xiàn)代化應(yīng)該是指導(dǎo)思想、儀器設(shè)備與技術(shù)理論水平三者有機的統(tǒng)一。

（3）水文測站管理的觀念要更新

在傳統(tǒng)的水文概念中，水文測站是一個集體，包括一定數(shù)量測站職工、站房和測驗設(shè)施、設(shè)備等，是一個職工“小家”的概念。在現(xiàn)代水文管理中，水文測站將簡化為一個“斷面”的概念，“家”的概念將大大減弱，測站將由監(jiān)測斷面（或點）、自動監(jiān)測設(shè)備、附屬設(shè)施構(gòu)成。

對水文測站概念的簡化，將有助于新時期水文站網(wǎng)的建設(shè)與發(fā)展?？梢愿鶕?jù)工作需要，在任何可能的地點設(shè)立水文測站（僅僅是個斷面而已，基礎(chǔ)建設(shè)成本大多數(shù)情況下基本可以忽略不計），較為靈活地開展水文測驗工作，擴大水文資料的收集范圍。這使在資源條件不變或者變化不大的前提下，隨時加密監(jiān)測站點成為可能。

2.技術(shù)層面

主要包括水文測驗的手段、方法以及適宜精度的確定等3個方面內(nèi)容。

（1）測驗方法科學(xué)優(yōu)化

水文測驗項目中，水位、雨量等測量相對容易的項目均可實現(xiàn)自記，因此，測驗方法科學(xué)優(yōu)化僅是對流量和泥沙而言的。

①流量測驗方面

測驗方法科學(xué)優(yōu)化的首要任務(wù)是優(yōu)化測次布置。流量測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新強調(diào)的主要是測次優(yōu)化，重點是從已有資料系列中尋找規(guī)律，改進原有的測驗方法，優(yōu)化測次布置（不是單純地減少測次）。例如采用時序性需要測次的數(shù)量相對較多，經(jīng)過資料分析，將先前的連時序法調(diào)整為單一線法，或者改正水位法等進行測次布置，則可在保證適宜精度的前提下，大大減少測次數(shù)量，節(jié)約成本，減少工作量。其次是對現(xiàn)有的代表性垂線和垂線的測點數(shù)量進行分析，在保證測驗成果精度的前提下，精簡垂線數(shù)量和測點數(shù)量，減輕單次測驗的工作強度，縮短測驗時間，降低測驗成本。需要指出的是，垂線測點數(shù)量的優(yōu)化應(yīng)當(dāng)慎重，除對原有資料進行分析外，還應(yīng)有相應(yīng)的實驗證明。

②泥沙測驗方面

泥沙測驗因其在各項目中難度相對較大、成本相對較高、勞動強度大，成為水文測驗方式方法技術(shù)創(chuàng)新中最重要的環(huán)節(jié)。懸移質(zhì)泥沙測驗由輸沙率測驗和顆分測驗兩個方面構(gòu)成。

輸沙率測驗方法技術(shù)創(chuàng)新與流量測驗類似，重點也是通過對測驗方法的科學(xué)優(yōu)化，優(yōu)化測次布置，減輕外業(yè)工作人員的勞動強度，降低測驗成本。同時要優(yōu)化測沙垂線數(shù)量和調(diào)整取樣方法。

顆分測驗通常與輸沙率測驗同步進行，其測次數(shù)量相對較少，重點是對取樣方法進行科學(xué)優(yōu)化，如由選點法調(diào)整為垂線混合法、分層混合法或者全斷面混合法等。需要指出的是，因顆粒分析在分析環(huán)節(jié)上的任務(wù)最重，其技術(shù)創(chuàng)新的重點是對其分析手段進行改進。

（2）測驗手段要先進、實用

使用先進儀器設(shè)備有利于大幅度提高水文測驗的生產(chǎn)力，水文測驗工作將來可能采用非接觸式測驗方法（即不接觸水體進行測量），如航空測驗、雷達(dá)測驗以及超聲波、激光測驗等。2009年6月，長江委水文局已在陸水勘測隊崇陽水文站進行了雷達(dá)實時測流系統(tǒng)的適應(yīng)性比測試驗，試驗效果較為理想，應(yīng)用前景可預(yù)。

（3）合理確定水文測驗成果的精度指標(biāo)

水文測驗的精度可分為實測精度、推算精度和經(jīng)濟精度。水文測驗技術(shù)創(chuàng)新只涉及實測精度與經(jīng)濟精度。

實測精度是指測驗成果的質(zhì)量，以流量測驗為例，從測深、測距、測速以及水位諸分量的誤差與測站特性，可以求得單次實測流量的誤差；經(jīng)濟精度是指科學(xué)分析精度和成本，精度和效益之間的關(guān)系，進而確定適宜的測驗精度。

合理確定水文測驗成果的精度，就要既重視實測精度，又關(guān)注經(jīng)濟精度。例如，正確的整編方法，需要測驗與整編的密切結(jié)合，測驗為整編準(zhǔn)備條件，而整編則應(yīng)進一步指出改進測驗工作的方向。選用測驗方法時，應(yīng)盡可能取用省力的方法，省力與否還應(yīng)從測驗、整編兩個方面著手，在測驗上應(yīng)力求以最少的測次獲得一定精度的成果，在整編上應(yīng)力求推流簡便、校核方便。

3.管理層面

管理創(chuàng)新向來是改革的難點，是一項系統(tǒng)工程。從水文測驗技術(shù)創(chuàng)新需要的角度出發(fā)來考慮才是管理創(chuàng)新的根本落腳點。

（1）要對現(xiàn)有水文測驗工作的開展模式進行改進和創(chuàng)新

當(dāng)前，水文站網(wǎng)的測驗方式主要還是采用駐測方式，禁錮了水文職工的思想，影響了水文職工的生活，同時也使有限的資金投入不能得到更好的利用，這些因素都困擾著水文事業(yè)的深入發(fā)展和進步。

從現(xiàn)階段國內(nèi)外的先進經(jīng)驗來看，開展站隊結(jié)合，加強水文基地建設(shè)，發(fā)展水文巡測是水文站網(wǎng)測驗方式發(fā)展的主要方向。根據(jù)水文測驗工作的開展方式，水文站可分為常年駐測站、汛期駐測站、巡測站和間測站等四大站類，水文測驗改革創(chuàng)新應(yīng)將這四大站類的運用很好地結(jié)合起來。在四大站類的結(jié)合運用方面，應(yīng)充分立足國情，體現(xiàn)中國特色，完全駐測與完全巡測都是極端。需要進行常年駐測的站應(yīng)堅定不移地實行駐測，不能輕易撤銷，比如防汛重要站、江河出口（出境、出界）控制站等；可以巡測、檢測或者間測的，則應(yīng)努力推進測驗方式方法的轉(zhuǎn)變。

（2）要改變國家水文事業(yè)經(jīng)費的劃撥方法，從根本上促進整個行業(yè)的發(fā)展

當(dāng)前，水文工作經(jīng)費的計算與劃撥是以工作量為基礎(chǔ)，即以測次為基礎(chǔ)，測次越多，經(jīng)費就越多。水文測驗工作量與職工收入掛鉤，其結(jié)果是直接導(dǎo)致測次非科學(xué)性的大幅度增加。這不但沒有鼓勵甚至可能影響了水文測驗的創(chuàng)新、水文測驗方式的變革和工作效率的提高，不利于水文行業(yè)的發(fā)展與進步。因此，必須對國家現(xiàn)行的水文工作經(jīng)費的計算與劃撥方法進行改革，使其適應(yīng)水文測驗的創(chuàng)新，適應(yīng)行業(yè)的發(fā)展。

[1]河流流量測驗規(guī)范（GB 50179-93)[S].北京：中國計劃出版社，1993.

[2]河流懸移質(zhì)泥沙測驗規(guī)范（GB 50159-1992）[S].北京：中國計劃出版社，1992.

[3]王錦生.水文測驗文集[M].北京：中國水利水電出版社，2008.