水文站全要素自动监测探索与思考

霍小虎，郭西军

（黄河水利委员会上游水文水资源局，甘肃兰州730030）

1 测站概况

民和水文站隶属于黄河水利委员会上游水文水资源局，始建于1939年10月1日，是黄河流域设立较早的水文站之一。位于青海省民和县川口镇史纳村，地理坐标为东经102°47′、北纬36°20′，集水面积15 342 km2，距河口75.3 km，距河源298.6 km，是黄河一级支流湟水的重要把口站，为国家重点报汛站、甘青省界断面，承担着向国家防总、黄河防总、甘肃省防汛指挥部等单位的报汛任务。

该站基本断面上下游河道总体呈“S”形，顺直段约180 m，矩形断面，水流基本顺直，砂卵石河床，主河道河宽约50 m，河道比降约2.6‰；河道左岸为陡岸，岸坡为红土砂岩，右岸地势较低，为较大的河谷阶地；水位流量关系线大多呈单一线，高水有时呈现绳套曲线；单断沙关系多呈45°直线。

2 面临形势

黄河流域生态保护与高质量发展已上升为重大国家战略，对水文测报工作也提出了新的更高的要求：一是水文测报新技术、通信技术、人工智能等技术发展迅猛，充分利用先进声、光、电等自动在线监测技术手段已成为现代水文发展的必然趋势。二是水文站大多地处偏僻，工作环境相对较差，基层一线职工改变工作、生活愿望强烈。三是加快推进水文信息化建设步伐，全面提高水文监测现代化水平，构建“驻巡结合、以巡为主”的水文测报模式迫在眉睫。由此可见，建设全自动化水文站是推进水文事业健康持续发展的必由之路。

3 水文站全要素在线监测建设

通过近年来的实践与探索，水文站主要测验要素（水位、流量、泥沙、降水、蒸发、水温等）均能够实现自动化监测，提升了水文站现代化测报水平。

3.1 水位

民和站采用了雷达水位计，可采用移动公网（GPRS）进行信号传输，实现远程采集、传输，具有安装简易，受水面漂浮物等影响小。浮子式水位计、气泡式水位计也是黄河上游测区应用最为广泛的水位自动采集仪器，浮子式水位计一般依托水位自计井安装，可有效减少水面波浪影响，但水位自计井容易受泥沙淤积影响，需要定期冲淤；气泡式水位计可实现冰期、畅流期水位自动观测，能够解决高寒地区水位观测问题。

3.2 流量

根据测站断面水流集中、水面宽较小、断面冲淤变化小的特点，选用了RG-30雷达流量在线监测系统，根据流速横向变化转折，沿断面安装4个雷达探头，实时监测固定点水面流速（监测频次6 min/次），配合雷达水位计，能够实时监测断面水位、水面流速，根据置入系统断面资料（定期更新），实现流量在线监测。此外，目前上游测区还建有侧扫雷达、H-ADCP等测流系统，能够实现流量在线监测。

3.3 泥沙

泥沙监测是水文站常规监测项目中最为烦琐、复杂的要素，传统测验方式耗时、费力，是水文现代化建设的瓶颈。随着新技术不断提升，经调研，为民和站引进了HSW.NUT-1型同位素测沙仪，并开展了比测试验，比测效果良好，实现了含沙量在线实时监测。

3.4 降水

降水观测传统方式为人工观测，此后出现了翻斗式雨量计、称重式雨雪量计、光学雨量计等，从近年实际应用来看，翻斗式雨量计能够解决液态降水自动观测，无法观测固态降水。为解决固态降水自动观测问题，该站引进了称重式雨雪量计，可测量0.1 mm分辨力的任何固态、液态及混合降水，实现全年降水量自动采集传输。但存在对降水形态无法自动识别的问题。

3.5 水面蒸发

民和站采用了全自动型水面蒸发观测设备，能够自动补水、排水、采集蒸发桶（E-601型）内水面高度，计算日水面蒸发量，实现了水面蒸发自动观测、传输，目前已批复投产应用，能够满足非冰期水面蒸发自动观测，并能够更详细地显示蒸发变化过程，对开展水面蒸发研究意义重大。对于北方地区，冬季有结冰现象，自动蒸发设备则不能使用，有待进一步研究解决。

3.6 水温

水温自动观测通过将水温传感器安装于浮子上，置于水面下，实时监测水温，监测数据通过网络传输至数据接收系统。

3.7 测站视频监控

测站建成了视频监控系统，并可根据需要实现远传，既可提高水文站测验设施设备的安全管理，又能远程观读水尺水位等，并为利用视频观测水尺水位提供条件。今后可根据开展巡测工作需要，在勘测局建设视频监控中心，实时监控测验断面画面，在大洪水或特殊水情期间指挥现场测验，提升测报工作效率。

4 结语

水文是水利和社会发展的前期工作和基础工作，是水利工作的“耳目”和“尖兵”。水文站大多地处偏远，自然条件艰苦，远离城市，给水文一线队伍建设带来制约，造成水文站招聘人才难、留住人才更难的现状，迫使水文测报工作寻求改变，水文站全要素自动观测技术为改变这一现状提供了条件，已逐步实现了自动化采集、传输，能够在异地实现水文测报工作，在采集方式上向“有人看管、无人值守”水文测站发展，大幅减少一线水文职工驻测时间，将一线水文职工从艰苦、恶劣的工作环境中解放出来，实现“驻巡结合、以巡为主”的水文测报新模式，研究水文站全要素自动监测技术是改变水文发展现状及解决目前面临矛盾的重要措施和有效途径。