水文測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ桨l(fā)展歷程分析

于惠海

(遼寧省丹東水文局，遼寧 丹東 118000)

水文監(jiān)測(cè)模式包括水文信息監(jiān)測(cè)技術(shù)手段、管理體制及運(yùn)行機(jī)制等[1]。水文監(jiān)測(cè)模式受水文站網(wǎng)、監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、監(jiān)測(cè)技術(shù)手段、信息傳輸系統(tǒng)等條件制約，并能影響站網(wǎng)規(guī)劃及監(jiān)測(cè)項(xiàng)目、水文職工結(jié)構(gòu)等。水文測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ降陌l(fā)展歷程主要由《中國(guó)水文志》《遼寧水文志》《丹東水文志》[2]、1990～2014年遼寧水文發(fā)展統(tǒng)計(jì)資料以及相關(guān)文獻(xiàn)梳理得出。

1 發(fā)展階段

階段劃分主要根據(jù)不同時(shí)期影響要素變化情況，重點(diǎn)分析站網(wǎng)數(shù)量、儀器設(shè)備、整編標(biāo)準(zhǔn)、管理體制等。劃分的依據(jù)是首次判定法和比例判定法。

建國(guó)后至今，水文測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ街饕譃?個(gè)階段：駐測(cè)及委托模式、站隊(duì)結(jié)合模式、巡測(cè)駐測(cè)遙測(cè)結(jié)合模式。

1.1 駐測(cè)及委托模式

駐測(cè)與委托觀測(cè)模式以水文站駐站測(cè)驗(yàn)為主，配套雨量站委托觀測(cè)為輔。駐測(cè)模式始于建國(guó)前至1980年前后。建國(guó)前的水文站網(wǎng)主要是大江大河控制站。新中國(guó)成立后，學(xué)習(xí)蘇聯(lián)經(jīng)驗(yàn)，于20世紀(jì)50年代中期進(jìn)行第一次水文站網(wǎng)規(guī)劃，基本構(gòu)建以防汛及大江大河水量控制為主的站網(wǎng)體系。水文站監(jiān)測(cè)內(nèi)容全面，大河控制站和區(qū)域代表站都需監(jiān)測(cè)降雨(雪)量、蒸發(fā)、水位、流量、水溫、冰情(北方河流)、泥沙、地下水埋深、墑情、水質(zhì)、斷面形狀等[3]。除常規(guī)業(yè)務(wù)外，水文站還額外進(jìn)行大量實(shí)驗(yàn)來(lái)規(guī)范測(cè)驗(yàn)方法，如高山暴雨雨量站布設(shè)實(shí)驗(yàn)、流冰期測(cè)流實(shí)驗(yàn)、封冰期測(cè)流實(shí)驗(yàn)、浮標(biāo)系數(shù)率定實(shí)驗(yàn)等。

水文站觀測(cè)儀器相對(duì)落后，雨量站自20世紀(jì)50年代后期才陸續(xù)安裝虹吸雨量計(jì)。浮子水位計(jì)60年代初期才有部分潮位站安裝使用。流量測(cè)驗(yàn)基本是流速儀及浮標(biāo)，運(yùn)載工具多是人力測(cè)船，部分站在70年代中后期安裝過(guò)河纜道。其他項(xiàng)目多是定時(shí)采樣，實(shí)驗(yàn)室分析。

據(jù)各類(lèi)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)，一般水文站每站有4～6人不等，汛期包含郵電部門(mén)報(bào)訊班人數(shù)6～10人。每站做為水文一級(jí)單位，部分家屬區(qū)與辦公區(qū)合建，一個(gè)水文站就是一個(gè)小村組。

1.2 站隊(duì)結(jié)合模式

站隊(duì)結(jié)合模式的標(biāo)志是巡測(cè)隊(duì)的出現(xiàn)，該階段汛期水文站全員駐站，非汛期部分離站巡測(cè)，巡測(cè)隊(duì)為半臨時(shí)性機(jī)構(gòu)，人員編制仍是測(cè)站。

1974年山東首創(chuàng)“汛期為站、汛后歸隊(duì)”模式，主要解決長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月枯水期測(cè)站事情少，面上工作無(wú)人做的結(jié)構(gòu)性沖突。面上工作主要是河流地形測(cè)量、水庫(kù)庫(kù)容測(cè)量、洪水調(diào)查等野外工作。1978年全國(guó)大部分地區(qū)進(jìn)行第3次水文站網(wǎng)規(guī)劃，以大站帶小站建了許多小面積站和洪水調(diào)查固定斷面。水文站新增周?chē)∶娣e站和洪水調(diào)查固定斷面巡測(cè)業(yè)務(wù)。

水文測(cè)驗(yàn)儀器設(shè)備技術(shù)進(jìn)步不大，還是傳統(tǒng)的水文測(cè)驗(yàn)設(shè)備[4]。各站一般都積累了30年系列資料，利用系列資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行水文要素之間單值化處理，如水位流量關(guān)系線、單點(diǎn)取沙斷面代表性等。在滿足一定誤差水平的情況下，根據(jù)單值化結(jié)果，減少測(cè)驗(yàn)次數(shù)，使“站”測(cè)驗(yàn)方式改為簡(jiǎn)測(cè)、間測(cè)、巡測(cè)等，由此節(jié)省的人力和時(shí)間投入“隊(duì)”內(nèi)工作中，完成大站帶小站的巡測(cè)任務(wù)，及水文常規(guī)面上工作，這就是站隊(duì)結(jié)合產(chǎn)生背影和技術(shù)條件。

1.3 巡測(cè)駐測(cè)遙測(cè)結(jié)合模式

巡測(cè)、駐測(cè)、遙測(cè)結(jié)合測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ降臉?biāo)志是遙測(cè)站的建設(shè)[5]。與站隊(duì)結(jié)合模式相比，巡測(cè)任務(wù)逐漸增多，巡測(cè)隊(duì)升級(jí)為常設(shè)機(jī)構(gòu)，駐測(cè)業(yè)務(wù)逐漸減少，遙測(cè)模式出現(xiàn)并逐步普及，三種測(cè)驗(yàn)方式形成三足鼎立局面。

2000年至今，經(jīng)過(guò)“十五”至“十二五”三個(gè)五年計(jì)劃的大投入，水文測(cè)驗(yàn)發(fā)生了巨大變化。水文站數(shù)量呈倍數(shù)增長(zhǎng)。以丹東地區(qū)為例，經(jīng)過(guò)跨界工程建設(shè)、中小河流一期、二期工程建設(shè)，與2000年存量相比，水文站由原來(lái)的9處增加到現(xiàn)在23處，雨量站由原來(lái)48站增加到現(xiàn)在120站[6]，水位站由原來(lái)1處增加到現(xiàn)在7處，分別增加1.55倍、1.5倍和6倍，其中大幅增加的站點(diǎn)發(fā)生在“十二五”期間。測(cè)驗(yàn)儀器設(shè)備也發(fā)生了巨大變化。目前120處雨量站全部實(shí)現(xiàn)遙測(cè)；23處水文站及7處水位站合計(jì)30處水位全部實(shí)現(xiàn)遙測(cè)(雷達(dá)或氣泡)；流量站目前有1處實(shí)現(xiàn)遙測(cè)，計(jì)劃再建設(shè)2處，其他各站基本建有機(jī)電纜道，測(cè)流便捷；防汛重點(diǎn)站都安裝實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控系統(tǒng)[7]。

先進(jìn)的儀器設(shè)備導(dǎo)致水文站駐測(cè)業(yè)務(wù)銳減，汛期主要負(fù)責(zé)不同量級(jí)的流量比測(cè)及報(bào)訊，測(cè)站一般1～2人就可以勝任。巡測(cè)業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)也發(fā)生了巨大變化，近10年來(lái)，原來(lái)的巡測(cè)斷面基本都建立了水文站或水位站，巡測(cè)業(yè)務(wù)由收集基本水位、流量資料逐漸過(guò)渡為與遙測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比觀測(cè)；汛期遙測(cè)站維護(hù)成為巡測(cè)隊(duì)的主要任務(wù)，但該項(xiàng)任務(wù)不是巡測(cè)而是巡檢。遙測(cè)逐漸成為主要測(cè)驗(yàn)方式，但遙測(cè)數(shù)據(jù)還沒(méi)有納入水文年鑒整編，主要因?yàn)檫b測(cè)與原有觀測(cè)方式的對(duì)比研究沒(méi)有完成，整編標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有制定。

2 理論分析

根據(jù)馬克思哲學(xué)理論：生產(chǎn)力決定生產(chǎn)關(guān)系，生產(chǎn)關(guān)系反作用與生產(chǎn)力[8]。測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ绞撬男袠I(yè)的生產(chǎn)關(guān)系，導(dǎo)致兩次測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ斤w躍的生產(chǎn)力是水文內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí)，對(duì)實(shí)踐的簡(jiǎn)化和先進(jìn)儀器設(shè)備則提高了生產(chǎn)效率。

先進(jìn)的生產(chǎn)關(guān)系在運(yùn)行期也促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展[9]。站隊(duì)結(jié)合模式增加了區(qū)域代表站和小河站資料的收集，巡測(cè)駐測(cè)遙測(cè)模式使水文數(shù)據(jù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)，水資源計(jì)算、評(píng)價(jià)精度提高，洪水預(yù)報(bào)輸入?yún)?shù)增加，實(shí)時(shí)修正方便。

3 模式預(yù)測(cè)

3.1 遙測(cè)為主

根據(jù)巡測(cè)、駐測(cè)、遙測(cè)結(jié)合測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ街?種測(cè)驗(yàn)方式業(yè)務(wù)量比例年際變化規(guī)律，預(yù)測(cè)未來(lái)測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ?。巡測(cè)斷面逐漸建設(shè)遙測(cè)站，巡測(cè)業(yè)務(wù)量開(kāi)始減少，巡測(cè)逐漸變?yōu)檠矙z[10]。駐測(cè)業(yè)務(wù)繼續(xù)減少，在站隊(duì)結(jié)合模式中，駐測(cè)站減少的是測(cè)驗(yàn)次數(shù)，但測(cè)驗(yàn)內(nèi)容不減少。在巡測(cè)駐測(cè)遙測(cè)結(jié)合模式中，駐站測(cè)驗(yàn)內(nèi)容也開(kāi)始減少，因?yàn)檫b測(cè)系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集與信息傳輸一體化，駐站不僅雨量、水位不需觀測(cè)，且報(bào)訊任務(wù)也不需人工傳輸。隨著遙測(cè)站點(diǎn)的增加，遙測(cè)內(nèi)容的豐富，遙測(cè)將逐漸替代巡測(cè)和駐測(cè)，形成遙測(cè)為主巡檢保障的模式。

3.2 主要挑戰(zhàn)

目前雨量和水位遙測(cè)設(shè)備基本成熟并普及應(yīng)用[11]。流量遙測(cè)設(shè)備多是固定ADCP，易受雷擊和泥沙影響，有效遙測(cè)斷面寬一般不大于150m，大于150m河流需要進(jìn)行率定，且費(fèi)用較高。在蒸發(fā)、墑情等項(xiàng)目方面目前應(yīng)用較少。想要水文所有監(jiān)測(cè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)遙測(cè)模式，儀器設(shè)備還需要進(jìn)行更深層攻關(guān)。

水文資料整編需嚴(yán)謹(jǐn)、規(guī)范。1960年對(duì)虹吸雨量自記數(shù)據(jù)進(jìn)行資料整編時(shí)同步進(jìn)行了4年以上的對(duì)比觀測(cè)[12]。目前遙測(cè)數(shù)據(jù)還沒(méi)有作為水文年鑒整編資料來(lái)使用，需要進(jìn)行遙測(cè)資料的同步對(duì)比觀測(cè)；遙測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)如何選取，統(tǒng)計(jì)時(shí)段如何確定，也需要編制遙測(cè)數(shù)據(jù)整編規(guī)范來(lái)做到有據(jù)可依。

4 結(jié)語(yǔ)

水文事業(yè)經(jīng)過(guò)60多年的發(fā)展，水文測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ浇?jīng)歷了駐站模式、站隊(duì)結(jié)合模式、巡測(cè)駐測(cè)遙測(cè)結(jié)合模式3個(gè)階段。3個(gè)階段中的2次飛躍發(fā)展主要推動(dòng)力分別是水文內(nèi)在規(guī)律的認(rèn)識(shí)，對(duì)實(shí)踐的簡(jiǎn)化和先進(jìn)儀器設(shè)備提高了生產(chǎn)效率。這3種測(cè)驗(yàn)方式中遙測(cè)業(yè)務(wù)比例逐年增加，未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)將是遙測(cè)成為主要測(cè)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，遙測(cè)的相對(duì)靈活性、精確性和海量數(shù)據(jù)同步相關(guān)性也與社會(huì)需求相匹配。

遙測(cè)模式的主要挑戰(zhàn)是遙測(cè)儀器的進(jìn)一步發(fā)展和水文資料整編標(biāo)準(zhǔn)，建議“十三五”期間攻關(guān)相關(guān)挑戰(zhàn)，促進(jìn)水文健康發(fā)展。