海河流域水文发展现状及现代化建设探讨

2021-01-06刘玉晶

海河水利 2021年5期

刘玉晶

（海河水利委员会水文局，天津 300170）

海河流域地处京畿要地，是我国经济较发达地区，同时也是我国水资源严重短缺、水旱灾害严重和水生态环境严重恶化的地区。水文事业是国民经济和社会发展的基础性公益事业。随着流域经济社会快速发展，特别是新时期治水矛盾的转变，对海河流域水文工作提出了更高要求。现阶段水文工作的主要矛盾是新时代水利和经济社会发展对水文服务的需求与水文基础支撑能力不足之间的矛盾，必须通过深化改革和技术创新，全面推进水文现代化来加以解决［1］。因此，在全面梳理海河流域水文发展现状的基础上，分析海河流域水文面临的形势和存在的问题，探讨流域水文现代化建设的思路、目标和主要建设任务，对流域水文事业发展具有重要的参考价值。

1 海河流域水文发展现状

1.1 水文站网建设

经过多年的建设和发展，海河流域基本形成覆盖主要河流湖库、布局较为合理、功能比较完备的水文站网体系。截至2019 年，海河流域共有各类水文测站16 204 处。其中，国家基本水文站321 处、专用水文站288 处、辅助站156 处、国家基本水位站25处、专用水位站598处、基本雨量站1 642处、专用雨量站 3 038 处、蒸发站 8 处、水质站 1 051 处、地下水监测站8 622处、墒情站404处、水生态监测站48处、实验站3处。

国家基本水文站平均密度为999 km2/站，达到了WMO 山区容许最稀站网密度300～1 000 km2/站的推荐标准。在行政区界水文监测方面，海河流域河流省界、地市界、区县界水文监测率分别为88%、33%、25%。雨量站平均密度为69 km2/站，超过了WMO 山区容许最稀雨量站网密度100～250 km2/站的推荐标准。根据《地下水监测工程技术规范》（GB/T51040-2014）规定，超采区地下水位监测站应达到15～30 眼/103km2，按超采区总面积计算海河流域已满足规范要求。根据《土壤墒情监测规范》（SL364-2015）规定，一般地区墒情站最低布设密度为2～3 站/县，海河流域满足规范要求的县级行政区占县级行政区总数的39%。水生态监测站建设尚处起步阶段，流域内仅北京市建有专门的水生态监测站，海委和其他各省市近年来逐渐开展了水生态监测业务，流域内开展水生态监测的重要江河湖库占重要江河湖库总数的21%。

1.2 水文监测能力

1.2.1 流量监测

海河流域大部分水文站流量测验仍以传统的缆道流速仪法和走航式ADCP 测流为主。主要采用缆道、桥测、涉水测流等方式，一般情况下采用流速仪和走航式ADCP 测流。如遇大洪水、常规测验设备不能测流的情况，采用浮标法测流、比降面积法推算流量等。用于测流的缆道有电动全自动缆道、电动缆道和人工缆道，其中电动缆道普及率达51%。

随着技术的进步，雷达波测流系统越来越多地应用于中高水流量测验，部分测站建设了雷达波自动或在线测流系统，实现了中高水自动或在线测流。近年来，多普勒流量在线测流系统开始尝试性应用，少量的测站建设了ADCP 在线测流系统、二线能波在线测流系统，实现了中低水在线测流。截至2019年底，海河流域有22%的水文站实现了流量在线监测，其中10%的水文站实现了高中低水全量程在线监测。

1.2.2 其他监测项目

海河流域水位和降水监测基本实现了自动测报，其中水位自动测报率为93%；汛期降水自动测报率为100%，非汛期降水以人工观测为主；蒸发监测汛期主要采用E601 型蒸发器，非汛期采用20 cm 口径蒸发器，主要以人工观测为主，蒸发自动测报率仅为4.5%；土壤墒情自动测报率为55%；泥沙观测以人工取样、分析为主，自动化程度较低；随着国家地下水监测工程的实施，海河流域新增近4 000处地下水自动监测站（含自然资源部自动监测站），大幅提升了流域地下水监测的专业化和自动化水平；水质监测以现场取样、实验室检测为主，全流域共建有水质自动监测站31处，各省级水质监测中心平均可开展监测的指标约70个。

1.2.3 水文巡测和应急监测

流域内各省级水文部门都建有巡测中心，大部分地市级水文部门建有巡测队，实现对水文站点的巡测和应急监测断面的应急监测。配备的主要设备包括走航式ADCP、手持电波流速仪、GPS、全站仪、水文应急监测车和巡测车，部分巡测中心配备了无人机、电动遥控船、三维激光扫描仪、水下地形扫描仪等，各级水质监测中心配备了水质移动实验室、水质采样车等。各类技术装备的配备，极大地提升了流域水文巡测和应急监测的水平，有效提升了应对和处置突发公共水事件的快速反应及作战能力。

另外，针对流域洪水预报情况，海委及京津冀豫四省市在滦河、北三河、永定河、大清河、子牙河及漳卫河系山前平原区重点河道布设了68 处重要应急监测断面，以应对可能出现的蓄滞洪区分洪、堤防决口等特殊水情的应急测报工作。

1.3 水文信息服务能力

在水利改革发展加快推进和水资源条件深刻变化的历史背景下，水文的基础地位更加重要，支撑作用更加突出。水文工作已从过去主要为防汛抗旱和水利工程建设服务，发展到为水资源开发利用、节约保护等各项水利工作提供全面服务。

海河流域依托防汛骨干网，通过水利部建设的水情信息交换系统，实现了水利部、流域和省市水文部门报汛及水情信息的实时共享。多数报汛测站具备2 套以上报汛系统，海委及部分省市报汛站可以实现微信报汛和App 实时报汛，信息传输在公网基础上配有卫星小站或卫星电话双信道备份。海河流域水文部门每年为各级防汛抗旱指挥部门提供水文信息数据800 万份，连续多年编制各类通报、公报，及时发布实时水雨情和调水等监测信息，并利用简报、月报、网络等手段，为社会公众提供全面的水文信息服务。部分水文机构开通了水文信息微信服务公众号，实时发布流域和区域雨水情，满足公众对水文信息的需求。

近年来，海河流域各级水文部门在信息化方面做了大量工作。开发了防汛抗旱综合业务服务系统、水情信息综合业务系统、中小河流洪水预警预报系统等各类水情业务应用系统；利用水利部统一开发的中国洪水预报系统，实现了水利部、海委及有关省市方案和成果共享；建立了统一的地下水监测信息平台，实现了水利部、海委及有关省地下水监测井实时信息共享；还建有专门的水资源信息服务和水生态信息管理系统；海委在建的信息系统有华北地区地下水超采综合治理信息管理系统、永定河水资源实时监控与调度系统等。

1.4 水文管理体制

海河流域水文工作实行流域管理和区域管理相结合的体制。流域管理方面，海委设有水文局和海委直属4 个管理局分设的水文机构。海委水文局负责流域水文业务的指导和协调，负责海委直属管理局水文业务管理；地方水文管理方面，全流域8个省（自治区、直辖市）均设有专门的省级水文机构，负责其管辖范围的水文业务工作，下设地市级水文机构，部分省市设有县级水文机构。地方水文机构中，有3个省级水文机构、27个地级水文机构在海河流域。海河流域现有水文从业人员10 843 人，其中在职人员占22.1%、委托观测人员占77.9%。

2 面临的形势和存在问题

2.1 面临的形势

2.1.1 流域经济社会发展对水文工作提出新要求

海河流域是我国经济较发达地区，东部沿海是环渤海经济圈的核心区域，西部为煤炭资源基地，中部平原是重要粮食生产基地。与全国其他地区相比，具有地理区位优越、自然资源丰富、交通便捷、工业和科技基础雄厚以及拥有骨干城市群等五大优势，目前京津冀协同发展已上升到国家战略层面，千年大计的雄安新区规划建设正在高标准、高质量推进，未来经济社会仍将迅速发展。经济社会的发展必然对水文工作提出更高的要求。

2.1.2 水利全面深化改革对水文工作提出新要求

习近平总书记明确提出了“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路，水利部党组提出了“水利工程补短板、水利行业强监管”水利改革发展总基调。水文不仅是补短板的重要范畴，也是强监管的重要支撑，要充分发挥好水文“耳目”和“尖兵”的作用。作为水利的重要基础和支撑，水文需要加快转变传统的观念和思维定势，适应新形势新任务的要求，在站网建设、自动监测技术应用和水文智能化提升等方面补齐短板，全面提升支撑服务能力［2］。

2.1.3 防汛抗旱减灾对水文工作提出新要求

随着流域经济社会快速发展，城市化进程日益加快，受极端天气时间影响，近年来局部地区暴雨洪水、极端高温干旱灾害发生的频率和强度明显增强，严重威胁人民生命财产安全，对经济社会发展产生重大影响。水文信息是防汛抗旱减灾指挥决策的重要科学依据，如何进一步调整和优化水文监测站网的功能与布局，强化水文监测，特别是强化水文监测的机动能力和巡测能力，加强水文采集自动化和信息传输网络化建设，延长洪水预报的预见期，提高预报精度，为洪水资源化提供准确的决策信息，推进水资源的可持续利用，对今后水文工作提出了新的要求。

2.1.4 实行最严格水资源管理对水文工作提出新要求

随着经济社会的发展，海河流域水资源供需矛盾日益突出，水资源短缺已成为制约流域经济社会发展的瓶颈。国务院办公厅印发的《实行最严格水资源管理制度考核办法》明确了最严格水资源管理考核内容和目标，同时明确了“三条红线”量化指标，近年来落实河长制、水资源消耗总量和强度双控行动等水资源管理新要求也纳入了考核内容。这必然在水文站网布设、测站功能、设施设备、监测预警机制等方面为水文带来新的变革和机遇，要求水文必须以精密、准确、科学的数据为基础依据，做好水资源监管和江河湖泊监管的水文支撑工作，为水资源管理提供更加精细、更加严谨的服务。

2.1.5 涉水工程建设运行对水文工作提出新要求

大中型病险水库、水闸和小型水库除险加固等一系列重大涉水工程的建设与运行管理都需要水文信息的支撑。近年来极端强降雨增多，使水库防汛减灾面临的形势更加严峻，一旦水库出现垮坝问题，直接威胁着下游群众的生命及财产安全。因此，迫切需要建设现代化的水文监测工程，扩大水文监测的覆盖面，全面掌握各水库、涉水工程水雨情状况，提高水文监测信息的准确性、时效性，满足水库洪水防御和安全运行的需要。

2.1.6 生态文明建设对水文工作提出新要求

党的十八大将生态文明纳入社会主义现代化建设“五位一体”总布局，水利部专门出台了《关于加快推进水生态文明建设工作的意见》。推进水生态文明建设，促进人水和谐，是建设美丽中国的重要基础。水文信息是水生态环境保护与修复的重要基础，也是科学评价水生态文明建设成效的基本手段。水生态文明建设赋予水文工作新的使命，要求水文部门扩大监测范围，拓展服务领域。

2.2 存在问题

2.2.1 水文站网布局与功能不完善

流域内部分大江大河及其支流水文站网功能不完善，中小河流水文站网体系尚未全面形成，部分中小水库没有建设水文监测预警设施，不能满足防洪预警需要；省界河流水文监测尚未达到全覆盖，地市界、区县界河流水文监测覆盖率较低，不能满足水资源开发管理的需要；部分地下水超采区存在监测空白；流域内土壤墒情监测站点少，布局不合理，难以满足抗旱工作需要；部分重要生态敏感区域的水生态监测断面尚未布设，无法满足水生态管理要求；服务于城市涉水事务管理的水文站点不足，不能满足流域经济社会发展对水文信息日益增长的需求。

2.2.2 水文监测能力与水利监管需求差距较大

流域内部分水文基础设施建设标准低，设备更新慢且老化严重，不能满足防洪和安全生产的要求；水文测报技术手段总体落后，先进仪器设备和新技术在水文测报中的推广应用有待加强，大量水文测站以人工观测为主，水文监测自动化水平、智能化水平不高；新一代信息技术在数据采集、传输、处理等水文监测体系中应用较少，水文监测手段和技术水平前瞻性不够。地下水监测能力弱于地表水，抗旱服务能力弱于防洪服务能力，水质的监测能力弱于水量监测能力，水生态监测亟待加强。水文巡测中心、水质监测中心布局不合理，设备配置不完善，对突发性水事件的应急处置存在隐患。

2.2.3 水文信息服务能力与高质量发展要求存在差距

流域水文信息处理服务整体水平与高质量发展要求存在较大差距。流域部分水情中心硬件及环境建设落后；尚未建成标准统一的流域水文数据库，各地分散建设的水文数据库未实现互联互通，严重制约了水文信息的共享和应用。人工智能、云计算、大数据等新技术应用滞后，尚未形成高性能计算能力，应对突发及极端灾害水文监测预报信息化反应能力和措施不足。水文数据深加工不够，信息产品单一，服务范围、内容和质量有不高。各类业务应用系统整合不足，尚未建设面向多用户、涵盖全要素的流域水文综合信息服务共享平台，难以满足数字城市、政府决策、经济社会发展和社会公众对水文数据查询和使用的需求。

2.2.4 水文管理体系距现代化要求差距较大

由于机构改革进程不一，流域内水文管理体制尚不完善，部分地区机构建制不规范，人员编制不能满足日益增加工作任务的需要。同时，水文的投入与水文承担的任务不相适应。近年来，水文投入稳中有增，但从水文发展的需求与承担的任务来看，投入差距还比较大。由于流域内水文战线点多、面广、管理分散，工作任务繁重，资金投入渠道少、各地投入不平衡、总体不足，水文事业经费标准较低，运行维护经费短缺。

3 水文现代化建设探讨

3.1 水文现代化建设思路

以完善站网布局和提升自动监测水平为主线，以推进水文信息化建设为重点，以深化体制机制改革为保障，全面推进水文现代化建设，以优质的水文服务为水利和经济社会发展提供可靠的支撑。

3.2 水文现代化建设目标

充分应用先进科技手段和技术装备，建成布局合理、功能完善的水文站网体系；建立覆盖全面的“空天地”一体化水文监测体系；实现水文全要素、全量程自动监测，水文数据处理、预测预报和分析评价全流程自动化和智能化；打造优良精干的水文人才队伍；构建稳定高效可持续的建设运行管理机制［3］。

3.3 水文现代化建设重点任务

3.3.1 统筹规划，完善水文站网布局和功能

填补大江大河主要支流、有防洪任务的中小河流和中小水库水文监测设施空白；实现省级行政区界水文监测全覆盖，充实地市界和区县界水文监测站网；加强供水水源地、入海河口等水量、水质、水生态监测站点；补充重点城市防洪排涝水文监测设施；进一步加大降水、蒸发站网密度；加密地下水超采区监测站点，实现对重点区域地下水动态全面有效监控；充实墒情监测站网，满足防汛抗旱、水资源管理对土壤墒情监测的需要；提升水文实验手段和水平，建成满足流域和区域水文基础理论和应用技术研究需要的实验研究体系。

3.3.2 提升装备水平，建设现代化水文监测体系

充分利用卫星遥感、无人机、地面巡测等手段，推进建立“空天地”一体化水文监测体系。全面推动水位、雨量、流量、泥沙等水文要素的自动化监测，大幅提升水文监测自动化水平。新建水文站点原则上按自动站建设，实现无人值守和自动测报，现有水文站进行现代化改造和提档升级。国家重要饮用水水源水质自动在线监测全覆盖，实现土壤墒情和河道洪水演进等遥感监测常态化。加强水文巡测基地、水质监测能力建设，增配先进的巡测和应急监测装备，提升应急处置快速决策水文支撑能力。

3.3.3 应用高新技术，全面提升水文信息化建设水平

全面提升水文信息服务智能化、标准化、多样化水平。建成标准统一的水文数据基础数据库；进一步丰富数据来源，建设面向政府部门、水利行业、社会公众的水文综合信息服务平台；加快大数据、云计算、人工智能等高新技术与水文业务融合，建成涵盖水文、水资源、水质、水生态及综合管理等全方面业务，集数据处理、预测预报和分析评价等功能于一体的智能化水文业务应用系统；对各级水情中心软硬件及会商环境进行全面升级。全面加强流域水工程联合调度的水文分析和预测预报。强化预报、预警、预演、预案“四预”措施，建设河湖水文映射工程，初步实现对重要河湖洪水过程的模拟推演和数字流场映射，实现水文预报预警自动化、预报调度一体化［3］。

3.3.4 加强保障能力建设，支撑水文运行管理与维护

深化水文管理体制改革，完善水文机构设置，创新水文业务管理模式，加快水文测验方式改革。推进政府购买服务，培育水文设施设备运行维护市场；加强水文人才队伍建设，健全人才培养机制；提高经费保障，建立多层次、多渠道的水文投入机制，确保水文事业良性发展。