水文水資源領(lǐng)域技術(shù)需求及其實踐應(yīng)用

□許 峰（遼寧省本溪水文局）

0 前言

隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展、城市化進程的加快以及人民生活水平的提高，我國水資源短缺、水環(huán)境惡化以及洪澇干旱災(zāi)害頻發(fā)等問題正日益嚴重。在新時期下，面臨水資源問題的日益嚴重和經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的需要，這都需要我們不斷提高水文水資源領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的研究與應(yīng)用，通過積極探索現(xiàn)代水文、水資源的變化規(guī)律，提高水文監(jiān)測、預(yù)測預(yù)報的自動化水平和信息服務(wù)能力，提高水資源的開發(fā)利用與調(diào)度水平，以優(yōu)秀的科學(xué)技術(shù)水平支撐我國水利事業(yè)的可持續(xù)化發(fā)展和水資源的可持續(xù)化利用。

1 水文水資源領(lǐng)域的技術(shù)需求分析

1.1 與國際先進技術(shù)水平的差距

1.1.1 水文技術(shù)

近年來，我國雖然在水文理論、水文實驗、水文模擬以及觀測方法都取得了長足進步，但與國際先進水文技術(shù)相比，我國水文科技水平仍存在著一定的差距，并表現(xiàn)為：洪澇干旱災(zāi)害的預(yù)測技術(shù)和監(jiān)測技術(shù)水平仍較為落后，技術(shù)實施效果較差；對于大尺度的水文問題研究較少，尤其對于全國范圍或全球范圍這種尺度的水文問題很少研究；對于區(qū)域性的水文研究，以及生態(tài)系統(tǒng)中水循環(huán)機理研究仍處于起步階段；水文領(lǐng)域中相關(guān)技術(shù)的理論研究和實驗研究仍較為薄弱，新技術(shù)與新方法的開發(fā)與應(yīng)用較為緩慢等等。

1.1.2 水資源技術(shù)

近年來，我國在可持續(xù)化發(fā)展理念指導(dǎo)下，在水資源管理與利用等多個方面進行了深入研究，然而由于我國水資源領(lǐng)域中技術(shù)研究的起步時期較晚，其技術(shù)水平與國際先進水平之間仍有著較大的差距，主要體現(xiàn)在：我國水資源整體利用率較低，保護能力較差；水資源管理體系不完善，缺乏系統(tǒng)、科學(xué)的理論支持；各流域間的水資源調(diào)配能力偏低，流域間的調(diào)配技術(shù)在我國仍處于初步研究階段等等。

1.2 水文水資源領(lǐng)域中的技術(shù)需求

1.2.1 加強洪澇災(zāi)害和干旱災(zāi)害的形成規(guī)律與預(yù)報監(jiān)測技術(shù)的研究，如衛(wèi)星遙感技術(shù)、雷達測雨技術(shù)、地理信息系統(tǒng)等等；加強對水文信息采集、傳輸、整理和匯總等關(guān)鍵技術(shù)的研究，并以此建立水文水資源共享信息平臺，從而為減輕洪澇干旱的災(zāi)情提供準確、高效的水文水資源信息和技術(shù)支撐。

1.2.2 加強對不同流域生態(tài)需水量的計算分析，制定出完善的水資源評價指標和評價方法；加強對水資源承載能力評價，探索利用現(xiàn)代水文技術(shù)來正確分析評價水資源的新途徑與新方法。

1.2.3 加強對水資源形成與演化機理研究，加強對水資源開發(fā)利用與保護技術(shù)的研究，加強對水資源系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)以及經(jīng)濟社會系統(tǒng)相互制約與相互依存關(guān)系的定量研究，從而為我國水資源的可持續(xù)利用提供科學(xué)的基礎(chǔ)。

2 我國水文水資源領(lǐng)域技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 水文領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

在水利工作中，水文即是研究我國各種水堤的存在、分布、運動和變化規(guī)律的科學(xué)，并探討水體的物理、化學(xué)特性以及對生態(tài)環(huán)境的作用。早在古代，我國即開始了對水文現(xiàn)象的研究與觀測，并積累了豐富的水文知識，我國曾有史書記載的大禹治水即是水文知識的有效利用。進入21世紀以來，隨著信息技術(shù)、遙感技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，我國水文領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀為：

一是隨著我國城市化進程的加快以及工、農(nóng)業(yè)的發(fā)展，都加劇了水源的污染和對水資源的需求程度，水資源的供需矛盾也正日趨激烈。因此，近年來水文科學(xué)技術(shù)的研究與應(yīng)用領(lǐng)域，正逐漸朝著水資源開發(fā)利用最優(yōu)化的方向發(fā)展，以期望為客觀評價、合理開發(fā)利用以及保護水資源提供準確、及時的水文信息數(shù)據(jù)。

二是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使得我國水文信息的獲取手段與分析方法獲得了長足進步。例如隨著遙感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機技術(shù)在水文領(lǐng)域中的應(yīng)用，使水文的觀測與研究逐步向著自動化與信息化方向發(fā)展。同時，各種新型的水文模擬方法和水文系統(tǒng)分析方法，也使得人們對水文現(xiàn)象的研究能力得到了大幅度提升。

2.2 水資源領(lǐng)域的技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.2.1 隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，原有的復(fù)雜水資源系統(tǒng)經(jīng)過人類活動的改造會變得更加復(fù)雜，要實現(xiàn)對水資源體系的系統(tǒng)研究與應(yīng)用，就需要引入現(xiàn)代化的系統(tǒng)理論與數(shù)學(xué)理論。近年來，隨著系統(tǒng)理論與數(shù)學(xué)理論在我國水利工作中的不斷引入，極大的豐富了水資源領(lǐng)域中的理論研究方法。

2.2.2 隨著現(xiàn)代計算機技術(shù)的發(fā)展，可以對復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型進行方便的數(shù)值求解，從而使得復(fù)雜的水資源系統(tǒng)尋找到了便利的解決途徑，可以利用計算機技術(shù)進行多方案的比較分析，并以此建立復(fù)雜的定量化模型，從而實現(xiàn)水資源調(diào)度的實時分析與計算，實現(xiàn)水資源配置的最優(yōu)化。

3 水文水資源領(lǐng)域中相關(guān)技術(shù)的實踐應(yīng)用

3.1 各種新技術(shù)的實踐應(yīng)用

3.1.1 在水文基礎(chǔ)理論的研究方面，近年來我國加強了對水文站網(wǎng)密度分析、水文分區(qū)、變化環(huán)境下的流域特性分析等方面的技術(shù)研究工作，為水利工作的順利開展提供了重要的技術(shù)支持。

3.1.2 在水文新技術(shù)的應(yīng)用方面，采用了時差法超聲波測流、圖像分析技術(shù)、激光法泥沙分析、墑情監(jiān)測技術(shù)、遠程遙感技術(shù)等多種新技術(shù)，明顯提升了水文信息監(jiān)測、采集與傳輸?shù)乃健?/p>

3.1.3 在流域水文模型方面，積極采用了HEC-HMS模型、分布式水文模型在我國特定區(qū)域進行了實例研究與應(yīng)用。這些水文模型的建立，不僅對水文信息有良好的驗證性與實用價值，而且具備了洪澇干旱預(yù)報、水資源預(yù)測、水資源評價等多種功能。

3.1.4 在水資源和水質(zhì)評價方面，通過采用各類新型的數(shù)學(xué)分析方法，如層次分析法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等對水資源評價、墑情預(yù)測、水質(zhì)評價等各個方面的應(yīng)用進行了探索性研究，實現(xiàn)了對地表水、地下水和水資源的綜合性評價與預(yù)測分析。

3.1.5 在水文水資源信息的共享方面，通過建設(shè)水文水資源信息共享平臺，提高了水文水資源信息整體服務(wù)水平與服務(wù)能力。文章中著重以水文水資源信息共享平臺的建設(shè)為例，分析了水文水資源領(lǐng)域中信息共享技術(shù)的應(yīng)用成果。

圖1 國家水文水資源信息共享平臺總體架構(gòu)圖

3.2 水文水資源信息共享平臺的實踐應(yīng)用

如圖1所示，國家水文水資源信息共享平臺主要由數(shù)據(jù)整理、匯編、轉(zhuǎn)換與輸入系統(tǒng)、節(jié)點數(shù)據(jù)庫群、應(yīng)用服務(wù)支持平臺，以及水文信息服務(wù)系統(tǒng)這四個層面所構(gòu)成。

3.2.1 數(shù)據(jù)整理、匯編、轉(zhuǎn)換與輸入系統(tǒng)。其功能主要是負責(zé)將水文采集系統(tǒng)所采集到水文數(shù)據(jù)，以及非水文部門匯交的水文數(shù)據(jù)根據(jù)要求進行整理與匯編，然后存入到相應(yīng)節(jié)點的水文數(shù)據(jù)庫中。

3.2.2 節(jié)點數(shù)據(jù)庫群。節(jié)點數(shù)據(jù)庫群是由中央節(jié)點和多個流域節(jié)點、省級節(jié)點、地市級節(jié)點通過網(wǎng)絡(luò)連接而成。其中，每一個節(jié)點的節(jié)點數(shù)據(jù)庫都是由地表水數(shù)據(jù)庫、地下水數(shù)據(jù)庫以及水質(zhì)數(shù)據(jù)庫等多個數(shù)據(jù)庫所組成。每一個節(jié)點均可維護一個節(jié)點的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并且負責(zé)管理本節(jié)點存儲的各類水文數(shù)據(jù)。

3.2.3 應(yīng)用服務(wù)支持平臺。應(yīng)用服務(wù)支撐平臺是建立在節(jié)點數(shù)據(jù)庫群的基礎(chǔ)之上，是國家水文數(shù)據(jù)庫存儲體系和服務(wù)體系的軟件實現(xiàn)，通過建立各類業(yè)務(wù)邏輯與公共邏輯，支持系統(tǒng)的運行服務(wù)和為各類水文信息的服務(wù)功能提供支撐。

3.2.4 水文信息服務(wù)系統(tǒng)。它是國家目前信息共享平臺所需要開發(fā)的主應(yīng)用系統(tǒng)，主要實現(xiàn)水文信息發(fā)布、水文基本信息查詢和水文數(shù)據(jù)分析等多種功能。

4 結(jié)語

水是生命之源，生態(tài)之基。水文工作不僅是國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的基礎(chǔ)性公益事業(yè)，而且在政府決策、社會公共服務(wù)以及水資源管理等各個領(lǐng)域中也發(fā)揮著越來越重要的作用。近年來，我國水文水資源領(lǐng)域科學(xué)技術(shù)進步非常明顯，有力推動了水文工作逐步朝著現(xiàn)代化與信息化的方向邁進。文章從我國水文水資源領(lǐng)域技術(shù)現(xiàn)狀及需求出發(fā)，并就近年來水文水資源領(lǐng)域技術(shù)的實踐應(yīng)用進行了研究與探討，希望促進我國水文水資源領(lǐng)域各項新技術(shù)得到更好的推廣與應(yīng)用，為我國水利事業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻。

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