水文测验模式发展历程分析
2018-03-28于惠海
于惠海
(辽宁省丹东水文局,辽宁 丹东 118000)
水文监测模式包括水文信息监测技术手段、管理体制及运行机制等[1]。水文监测模式受水文站网、监测项目、监测技术手段、信息传输系统等条件制约,并能影响站网规划及监测项目、水文职工结构等。水文测验模式的发展历程主要由《中国水文志》《辽宁水文志》《丹东水文志》[2]、1990~2014年辽宁水文发展统计资料以及相关文献梳理得出。
1 发展阶段
阶段划分主要根据不同时期影响要素变化情况,重点分析站网数量、仪器设备、整编标准、管理体制等。划分的依据是首次判定法和比例判定法。
建国后至今,水文测验模式主要分为3个阶段:驻测及委托模式、站队结合模式、巡测驻测遥测结合模式。
1.1 驻测及委托模式
驻测与委托观测模式以水文站驻站测验为主,配套雨量站委托观测为辅。驻测模式始于建国前至1980年前后。建国前的水文站网主要是大江大河控制站。新中国成立后,学习苏联经验,于20世纪50年代中期进行第一次水文站网规划,基本构建以防汛及大江大河水量控制为主的站网体系。水文站监测内容全面,大河控制站和区域代表站都需监测降雨(雪)量、蒸发、水位、流量、水温、冰情(北方河流)、泥沙、地下水埋深、墒情、水质、断面形状等[3]。除常规业务外,水文站还额外进行大量实验来规范测验方法,如高山暴雨雨量站布设实验、流冰期测流实验、封冰期测流实验、浮标系数率定实验等。
水文站观测仪器相对落后,雨量站自20世纪50年代后期才陆续安装虹吸雨量计。浮子水位计60年代初期才有部分潮位站安装使用。流量测验基本是流速仪及浮标,运载工具多是人力测船,部分站在70年代中后期安装过河缆道。其他项目多是定时采样,实验室分析。
据各类文献统计,一般水文站每站有4~6人不等,汛期包含邮电部门报讯班人数6~10人。每站做为水文一级单位,部分家属区与办公区合建,一个水文站就是一个小村组。
1.2 站队结合模式
站队结合模式的标志是巡测队的出现,该阶段汛期水文站全员驻站,非汛期部分离站巡测,巡测队为半临时性机构,人员编制仍是测站。
1974年山东首创“汛期为站、汛后归队”模式,主要解决长达8个月枯水期测站事情少,面上工作无人做的结构性冲突。面上工作主要是河流地形测量、水库库容测量、洪水调查等野外工作。1978年全国大部分地区进行第3次水文站网规划,以大站带小站建了许多小面积站和洪水调查固定断面。水文站新增周围小面积站和洪水调查固定断面巡测业务。
水文测验仪器设备技术进步不大,还是传统的水文测验设备[4]。各站一般都积累了30年系列资料,利用系列资料进行统计分析,进行水文要素之间单值化处理,如水位流量关系线、单点取沙断面代表性等。在满足一定误差水平的情况下,根据单值化结果,减少测验次数,使“站”测验方式改为简测、间测、巡测等,由此节省的人力和时间投入“队”内工作中,完成大站带小站的巡测任务,及水文常规面上工作,这就是站队结合产生背影和技术条件。
1.3 巡测驻测遥测结合模式
巡测、驻测、遥测结合测验模式的标志是遥测站的建设[5]。与站队结合模式相比,巡测任务逐渐增多,巡测队升级为常设机构,驻测业务逐渐减少,遥测模式出现并逐步普及,三种测验方式形成三足鼎立局面。
2000年至今,经过“十五”至“十二五”三个五年计划的大投入,水文测验发生了巨大变化。水文站数量呈倍数增长。以丹东地区为例,经过跨界工程建设、中小河流一期、二期工程建设,与2000年存量相比,水文站由原来的9处增加到现在23处,雨量站由原来48站增加到现在120站[6],水位站由原来1处增加到现在7处,分别增加1.55倍、1.5倍和6倍,其中大幅增加的站点发生在“十二五”期间。测验仪器设备也发生了巨大变化。目前120处雨量站全部实现遥测;23处水文站及7处水位站合计30处水位全部实现遥测(雷达或气泡);流量站目前有1处实现遥测,计划再建设2处,其他各站基本建有机电缆道,测流便捷;防汛重点站都安装实时视频监控系统[7]。
先进的仪器设备导致水文站驻测业务锐减,汛期主要负责不同量级的流量比测及报讯,测站一般1~2人就可以胜任。巡测业务结构也发生了巨大变化,近10年来,原来的巡测断面基本都建立了水文站或水位站,巡测业务由收集基本水位、流量资料逐渐过渡为与遥测数据对比观测;汛期遥测站维护成为巡测队的主要任务,但该项任务不是巡测而是巡检。遥测逐渐成为主要测验方式,但遥测数据还没有纳入水文年鉴整编,主要因为遥测与原有观测方式的对比研究没有完成,整编标准没有制定。
2 理论分析
根据马克思哲学理论:生产力决定生产关系,生产关系反作用与生产力[8]。测验模式是水文行业的生产关系,导致两次测验模式飞跃的生产力是水文内在规律的认识,对实践的简化和先进仪器设备则提高了生产效率。
先进的生产关系在运行期也促进了生产力的发展[9]。站队结合模式增加了区域代表站和小河站资料的收集,巡测驻测遥测模式使水文数据量呈指数增长,水资源计算、评价精度提高,洪水预报输入参数增加,实时修正方便。
3 模式预测
3.1 遥测为主
根据巡测、驻测、遥测结合测验模式中3种测验方式业务量比例年际变化规律,预测未来测验模式。巡测断面逐渐建设遥测站,巡测业务量开始减少,巡测逐渐变为巡检[10]。驻测业务继续减少,在站队结合模式中,驻测站减少的是测验次数,但测验内容不减少。在巡测驻测遥测结合模式中,驻站测验内容也开始减少,因为遥测系统是数据采集与信息传输一体化,驻站不仅雨量、水位不需观测,且报讯任务也不需人工传输。随着遥测站点的增加,遥测内容的丰富,遥测将逐渐替代巡测和驻测,形成遥测为主巡检保障的模式。
3.2 主要挑战
目前雨量和水位遥测设备基本成熟并普及应用[11]。流量遥测设备多是固定ADCP,易受雷击和泥沙影响,有效遥测断面宽一般不大于150m,大于150m河流需要进行率定,且费用较高。在蒸发、墒情等项目方面目前应用较少。想要水文所有监测项目实现遥测模式,仪器设备还需要进行更深层攻关。
水文资料整编需严谨、规范。1960年对虹吸雨量自记数据进行资料整编时同步进行了4年以上的对比观测[12]。目前遥测数据还没有作为水文年鉴整编资料来使用,需要进行遥测资料的同步对比观测;遥测实时数据如何选取,统计时段如何确定,也需要编制遥测数据整编规范来做到有据可依。
4 结语
水文事业经过60多年的发展,水文测验模式经历了驻站模式、站队结合模式、巡测驻测遥测结合模式3个阶段。3个阶段中的2次飞跃发展主要推动力分别是水文内在规律的认识,对实践的简化和先进仪器设备提高了生产效率。这3种测验方式中遥测业务比例逐年增加,未来发展趋势将是遥测成为主要测验模式,遥测的相对灵活性、精确性和海量数据同步相关性也与社会需求相匹配。
遥测模式的主要挑战是遥测仪器的进一步发展和水文资料整编标准,建议“十三五”期间攻关相关挑战,促进水文健康发展。