推进新时代长江水文高质量发展体系建设构想

程 海 云

(长江水利委员会 水文局，湖北 武汉 430010)

0 引 言

党的十八大以来，习总书记提出“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水新思路，形成了科学严谨、逻辑严密的治水理论体系。水文是防洪抗旱、水资源保护、水污染防治、水环境治理、水生态修复的重要支撑，围绕水文站网现代化、水文监测自动化、水文预报预警实时化、水文信息分析评价智能化、水文发展保障长效化等，规划了“十四五”水文工作的总体目标。

随着2021年3月1日《中华人民共和国长江保护法》的实施，流域内各行各业均对水文工作提出了更高的要求，为充分达到“十四五”总体工作目标，推动新阶段水利高质量发展，水利部李国英部长率先提出了“数字孪生流域”的概念[1]，各大流域机构的水文部门对此进行了深入探索和研究[2-5]。长江水文历经70余年的发展、创新与实践[6]，在助力长江经济带高质量发展中发挥着无可替代的作用[7]。“十三五”期间，社会水文、绿色水文、智慧水文、和谐水文“四个水文”逐步推进[8]，在局部区域开展了“智慧水文”建设实践[9]，在服务防汛测报、水利建设、水资源管理和水生态保护等工作中也取得了丰硕的成果[10]。在推进水文现代化进程中，适时地提出了“互联网+水文监测”的总体架构[11]。为进一步强化水文监测预报预警支撑安澜长江建设的作用，初步提出了“五大体系”的建设构想[12-13]。

近年来，长江水文监测与预报技术取得长足进步，现已形成布局合理、功能齐全的水文监测网络，成熟、先进的水文监测及洪水预报业务体系，并先后经受了2016，2017，2020年区域性和流域性大洪水的考验[14-16]。面对流域不断变化的外部环境，为满足社会经济发展越来越高的要求，长江水文仍需认清新形势，立足新发展阶段，践行新发展理念，融入新发展格局，不断提升水文能力和拓展水文服务。在推进数字孪生流域建设中，长江水文在站网体系、监测体系、支撑体系、服务体系和保障体系等方面仍然存在一定的短板。本文基于长江水文多年的智慧积累，以不断强化自身专业优势为依托，提出推进新时代长江水文高质量发展体系建设构想，详细阐述了功能完备的综合站网、透彻感知的立体监测、智慧协同的专业支撑、优质高效的信息服务和科学规范的管理保障等“五大体系”的内涵和要义，以期扩展长江水文对社会服务的范围和领域，为中国“十四五”乃至第二个百年目标的实现做出更大的贡献。

1 长江水文体系建设现状

新中国成立以来，特别是改革开放以来，长江水文不断发展，建成了与区域经济和水利工程建设格局协调的基本水文站网，监测要素已由水文监测逐渐扩展至水环境、水生态等众多要素的共同监测，形成了多个类型产品服务的专业支撑体系，初步具备部门内协同、部门外互通、全社会共享的信息服务基础，以及较为完善的管理保障体系。

(1) 长江流域已基本形成与区域经济和水利工程建设相适应的水文站网体系。长江水文在重庆、武汉、南京、上海市等地设立了8个勘测局，负责水文监测业务的具体实施。多年来在长江干流及重要支流已建成较完备的监测网络，截至2020年底，在长江干流及重要支流布设了431个水文监测站点采集各类水文信息，并与流域内各省市水文、气象及水库管理等多个部门开展信息互联互通，共享2.8万余站点水雨情信息。初步建成集资料收集、水旱灾害防御、水资源管理、水环境治理及水生态保护等功能为一体的监测站网体系[12，17]。水情监测站网建设尤为突出，接收流域15个省(市)部门的水情报汛站总数达3 000余处，预报覆盖面积140万km2以上，发布预报河段长达3 600 km以上。随着经济社会的发展和长江水情工情的变化，治江工作仍面临一系列新情况、新问题，站网体系建设仍存在空间布局不均衡、功能不完善、互补性不强等不足。

(2) 长江水文已开展河流水、物质和生物通量的全要素监测，实现了降雨、水位、流量及部分水质等要素的自动监测。新中国成立初期，水位、雨量的采集基本采用人工观测方式，流量要素的采集以浮标法或流速仪测速、流速面积法测定，基本上使用转子流速仪。悬移质泥沙测验采用横式采样器，泥沙处理时间长，效率极为低下。水质监测分析实验室仅配备有分光光度计等中小型仪器设备，仅具备监测分析常规10余项水化学参数的能力[6]。在数十年的建设攻关下，水文监测技术水平取得了长足的进步。全部水文测站的水位、雨量可自动采集、固态存贮和实时传输；解决了入海河口潮流量、泥沙监测世界性整编难题，实现了水文缆道的流量、泥沙测验自动化或半自动化；发明了OBS工作状态检测仪、OBS浊度计安装支架，为悬移质泥沙的快速和实时在线监测创造了条件，研发生产了新型沙质推移质采样器并取得良好的应用效果；建成了13座水质自动监测站，大大提升了水质常规、应急和在线实时监测能力；开展了长江流域15个水生态监测断面的试点工作，首次实现了水文、水质、水生态同步监测。回顾长江水文监测大半个世纪的发展进程，仍存在泥沙、水质和水生态等部分要素监测技术不成熟，各种要素监测量程不够、监测过程不完整，地面站网对河流沿线及流域面上代表性不足等问题。

(3) 长江水文已形成水文监测、河道测绘、水环境监测、水文水资源分析、水文水情预报及水文自动测报等6类服务产品。① 逐渐形成了水文要素感知立体化、监测自动化以及数据处理信息化的水文监测体系。② 截至2016年7月，在长江干流及汉江干流布设有3 666个河道固定断面，地形监测范围包括长约3 000 km的河道。开展了大量重点河段的水道地形、流速流向、分流分沙、河床演变及泥沙运动观测，在观测仪器研制和测绘方法方面取得了长足的进步，编制了中国第一部《水道观测规范》。③ 在重庆、宜昌、荆州、襄阳、武汉、南京、上海市设立了7个水环境监测中心，在攀枝花、宜宾市等地设有13个水环境监测分中心，形成了实验室信息管理系统(LIMS)，共配备液相色谱仪、气质联用仪、等离子发射光谱仪等高端大型仪器设备100余套，水质监测项目扩充到120余项。④ 长期致力于流域规划与水利水电工程设计的水文分析计算、流域水资源调查评价、水文水资源科学研究，完成了长江流域综合规划等国内外重要江河规划及长江三峡等数十项国内外大中型水利水电工程的水文设计工作，承担了长江流域及西南诸河水资源公报、长江流域跨省江河水量分配方案等工作，主编了《水利水电工程水文计算规范》《水利水电工程设计洪水计算规范》等。⑤ 坚持“水文气象相结合，短、中、长期预报相结合，生产和科研相结合”的技术路线，着力构建高效实用的洪水预报业务体系，形成了耦合41座控制性水库、42个蓄滞洪区、34个沿江主要控制站的全流域预报调度一体化模型，建成了一整套适合长江流域暴雨洪水特性的基于水文气象耦合、短中长期预报相结合、多模型并行计算与水库群调度一体化的洪水预报方案[18-19]。⑥ 自2002年开始，长江水文大规模开展水雨情信息数字化采集技术的建设与应用，至2005年7月1日，在全国率先实现了全流域118个中央报汛站水位、雨量的自动测报，至2010年底，在全国率先实现了流量的自动测报。

(4) 长江水文已建成以防汛抗旱、水资源管理及基本资料收集为目的的水文、河道、水质等各类业务数据库。多年来，长江水文收集了流域较为完整的系列水文测验资料近3.5万站年，在数据采集、传输、整理、展示和应用全过程中，不断应用和研发新技术、新方法、新平台，提高数据的时效性、实用性和准确性。在数据整编方面经历了手工记载到电算，再到整汇编在线化、可视化的发展历程，至2018年，针对最严格水资源管理制度对水文整编时效性要求，长江水文运用物联网、大数据等相关技术，升级完善了南方片《水文资料整汇编软件》，实现了水文资料的实时整编，做到了“日清月结”，水文信息处理的时效性及精度大幅提升；在数据库建设与管理方面，基于流域大型水利工程建设与运行管理，先后建成了《长江水文泥沙信息分析管理系统》《三峡水库泥沙冲淤变化三维动态演示系统》《金沙江下游梯级水电站水文泥沙数据库与信息管理系统》等，基本实现了观测数据的智能化集成、管理、分析和成果展示等，但仍然存在信息孤岛现象严重，共享平台功能不足，数据服务内容较少等问题。

(5) 长江水文设立了完整的管理机构，创立了在全国水文界率先通过ISO质量管理体系认证的制度。为持续改进质量管理体系，长江水文2002～2018年先后出台A至F共6个不断改版的质量管理体系文件，并于2022年将F版的《质量管理体系》升级为《质量、环境和职业健康安全管理体系》，编制了《质量、环境和职业健康安全管理手册》，规定了长江水文、环境和职业健康安全等三体系管理的方针、目标，确定了三体系管理的覆盖范围。《程序文件》还进一步对手册中的成文信息、人力资源、内部审核、管理评审、纠正措施、风险管控、六大产品(水文测验、测绘、水环境监测、水文气象预报、水文水资源分析计算、水文自动测报)实现等控制过程和职责具体化。长江水文拥有一批较高水平的人才队伍，为水文事业发展提供了人才和质量保障。

2 长江水文“五大体系”的建设构想

当前，中国已进入第二个百年的发展阶段，“十四五”新征程逐步进入攻坚期。长江水文将一以贯之地深入贯彻领会“十六字”治水思路和“两个坚持、三个转变”防灾减灾新理念，坚持目标导向和问题导向，以“补短板、强支撑、优服务”为工作主线，持续深化“四个水文”，着力推动“五大体系”建设，全面提升水文监测预报预警能力和水文分析计算的数字化、智慧化水平，有力支撑“安澜长江”建设，更好地推进中国水利事业的发展。长江水文“五大体系”建设的基本构成、内容、思路和主要目标及其逻辑关系如图1所示。

图1 长江水文“五大体系”建设框架Fig.1 Framework for the construction of "five systems" of hydrology in the Changjiang River

长江水文将以构建功能完备的综合站网体系作为基础，统筹流域与区域、兼顾专业与行业，立足水安全保障，建设功能齐全、布局合理、共享机制完善的现代化流域监测站网体系。以建设透彻感知的立体监测体系为关键，强化自主创新与新技术应用，深化多种监测手段的互补耦合，提高感知能力、丰富感知内容，提供品质更好、时效更高、种类更多的数据资源。以建设智慧协同的专业支撑体系为核心，加强水文基础规律研究，强化水文多专业协同，深化新一代数字技术应用，推进水文供给侧结构性改革。以建设优质高效的信息服务体系为根本，建设“一个大数据中心、一个综合服务平台、两大服务门户”，夯实水文发展基础，为水利和经济社会高质量发展提供泛在优质的水文综合服务。以建设科学规范的管理体系为保障，强化政治引领、深化内部管理、加强文化建设，统筹安全与发展，为推动水文高质量发展提供有力保障。

3 长江水文“五大体系”的建设目标

3.1 功能完备的综合站网体系

“十四五”期间，以建设空间布局合理、站网功能齐全的现代化流域综合站网体系为目的，重点加强建设流域西部及西南诸河、长江口等区域包含水网建设、水利工程、行政区界等功能的水文站网，整合流域与区域、专业与行业综合站网，实现全要素信息共享。

3.1.1均衡完善全流域水文站网

(1) 加大流域西部及源头区站网密度。长江流域西部及西南诸河站网密度较稀，仅达到世界气象组织推荐的干旱区站网密度标准(5 000～20 000 km2/站)，以大中尺度空间控制为主，不能实现基本规律研究的全控制。“十四五”期间，应加大流域西部以及西南诸河流域的站网密度，重点加大具有突发性和高死亡率的山区中小河流地区水文站网密度。近期，积极推进澜沧江、雅江出境控制站建设，完善流域机构水文国界管理职能。

(2) 推进长江口综合站网建设。尽管流域东、中部水文站网密度较高，但基本位于内河水系，为长江口地区风暴潮规律设立的基本水文站极为稀少，不利于河口地区防洪和经济建设，还需大力扩展基本水文监测站网，重点推进长江口风暴潮监测预警中心建设，并按《长江保护法》要求，扩展监测项目和预警范围。

(3) 完善城市水文站网。随着中国城市化进程的逐渐加快，城市防洪、水资源、水环境等问题逐渐显现，然而因缺乏城市基本水文站网，甚至许多中小城市尚处于空白，导致中国对城市水文基本规律无法开展深入研究，不利于城市发展和安全，急需完善城市水文观测体系。

(4) 完善行政边界水文站网。河(湖)长制需不同类型的行政区界水文站用于流量、水质指标的核算，长江流域因面积大、河流多，尚未实现省界断面水文站网全覆盖，地区界、县区界在各省之间分布极不均匀，不利于中国生态文明建设和最严格水资源管理制度的实施。“十四五”期间，应建设完整的省界水文站网，不断完善各类行政区界水文站网。

(5) 构建工程监控站网体系。为水利工程设计建设所需，弄清工程所在地的水文规律，长江流域建设了较多工程水文专用站，随着水利工程的建成，大都迁移甚至撤消，然而受水利工程影响，流域水文规律已发生重大变化，现有的水文站网已不足以覆盖所有水利工程，不能全面掌控流域水文基本规律，应在原有为水利工程建设设立的水文站网基础上，进一步补充完善水文站网体系。

为实现长江流域水文监测网络全覆盖，应根据需求补缺项、扩范围，优化调整现有站网布局，实现流域水文站网与地方水文站网的协同配套。首先，可通过大量增设巡测断面，建设在线测量设施，实现“测报自动，巡测率定”的模式；其次，充分利用现有的水利水电工程水情和调度系统，将所有水利水电工程视为“水文站”，通过对各种大坝溢流系数、电功率系统的率定，实现水文站网的扩充；再次，利用现有的空间遥感技术，在无水文测验条件的地区增设“虚拟站”，重构水文序列并开展连续水文测验工作。

3.1.2协同共享全要素综合站网

(1) 增加基本水文站网监测要素。基本水文站主要用于研究自然界水的时空分布、变化规律，开展水位、流量、泥沙、降水、水面蒸发、地下水、墒情、水质、水生生物、河道地形等主要水文要素的观测。大量以防洪为主要目的的站网，以观测降水、水位、流量项目居多，部分站点仅开展半年的观测工作。因此，要充分考虑基本水文站点的地理位置，增加水资源管理、水资源保护、水生态保护、工程管理、河道管理、城市水文以及科学研究的监测内容，在扩展监测能力的基础上，部分或全面地增加蒸发、泥沙、水质、水生态、水生境、地下水等要素观测。

(2) 扩充专用水文站网功能。大量为特定对象服务的专用水文站，观测要素有限，可充分利用位置特点扩充站网功能。如为水资源管理服务的省界断面和水量分配河流的控制断面，现阶段仅观测水位、流量，考虑到该类断面部分位于生态敏感地区，良好的水质和水生态状况是保护河流的必要条件，因此，除要求开展生态流量监测需求外，要大力增加水质监测项目，实现水质全要素监测，同时，还需尽快扩展水生态监测、水生境调查的能力。其他服务于防汛抗旱、采砂管理、水环境保护、水土保持、水生态保护、工程管理、河道管理的站网，也需进一步扩展各项功能。

(3) 增加长江口潮水位站网综合功能。针对长江口地区的站点观测项目大多为潮水位的实情，已远远不能满足《长江保护法》第六十条加强对水、沙、盐、潮滩、生物种群的综合监测的要求，不能为防止海水入侵和倒灌、维护长江口良好生态功能提供数据支撑，需开展潮流量、水环境、水生态、水生境等全要素的综合监测。

(4) 增加河(航)道站网的水文功能。为保障船泊航行安全，航道部门沿江设立了大量水位观测站，配合航道测量以及5 a一次的长程水道地形测量，但相应的泥沙和水环境监测站点稀少，监测范围也未实现全覆盖。在增加河(航)道站网泥沙和水环境等水文功能外，重点加强长江上游干流、金沙江及重点水利工程水文及河道站网的泥沙监测功能，在长江流域重点开采区上下游水文河道站点开展水生境调查，通过共享水土流失监测站网信息，弄清不同空间尺度泥沙运动特点及其相互转换的规律。

(5) 实现各行业站网功能互补。水文站网因主要服务于水利部门，无论从需求还是从技术实力，很难实现功能的全覆盖。为了更全面为社会提供服务，需强化水文站网和气象、生态环境、海洋等其他行业站网的协同配合，建立健全共建、共管、共享机制，实现各类服务功能要素的全覆盖，以及全要素的综合监测。如何实现水文站网功能的全覆盖，最重要的是要对标现有站网与需求，根据需求扩充现有站网的功能；其次是要加强现有水文站网扩展功能的监测能力建设，逐步增加监测项目；最后，要加大测站人员的技能培训，重点是水生态监测和水生境调查技能，使之达到开展增加功能监测项目的能力。

3.2 透彻感知的立体监测体系

“十四五”期间，以5G通信、物联网、智能传感器等新技术应用、提高监测能力、丰富监测内容为目的，重点创新流量、泥沙、水质等要素自动监测技术，开展水生态、水生境监测装置研制，初步构建空天地一体的多种手段互补耦合监测体系。

3.2.1完善全要素自动监测

随着科学技术的发展，在水通量监测要素中，水位、雨量已全面实现数字化自动监测；流量受河流特性影响，仅部分实现在线监测。在物质通量监测要素中，泥沙观测的自动在线监测技术尚不完善，仍采用最原始现场采样实验室测定的方式，需投入大量的人力物力，不满足自动化的要求；水质因参数众多，仅部分可在线监测，绝大多数需采取水样在实验室测定。在生物通量监测要素中，各种生态和生境要素均未实现自动在线监测，有些甚至缺乏有效的监测手段。因此，应在提高水位雨量自动测报设备可靠度的同时，尽快开展流量、泥沙、水质、生态自动监测仪器的研发。

(1) 流量自动监测。首先，大力开展基于声学、视频、雷达原理[20]的各类自动在线流速仪器的研发，实现主要流量自动在线测验仪器的国产化，同时要加强各类新仪器的比测试验，使其尽快达到实用要求；其次，针对长江水文位于大江大河的特点，研究多传感器多线多点组合方式，实现河道全断面流量在线监测；开展流量监测的水文测船等运输载体的自动化、智能化设备研发，通过对水文测船定位控制、机械设备优化、信号处理设计，实现水文测船的智能控制；通过对水文缆道绞车和动力控制，信号传输、接收、处理，水下仪器的优化，实现水文缆道的智能控制。

(2) 泥沙监测。一方面要着力研发泥沙现场自动监测仪器，开展OBS、TES-91、LISST的比测试验，研发基于量子点光谱的泥沙含量、级配及物质组成测量一体化设备，验证同位素、光电、振动等物理测沙仪等仪器在长江不同河段的适用性，为实现悬移质泥沙的快速和实时在线监测创造条件；另一方面开展流量、泥沙异步测量精度提升方法研究，以流量监测自动化实现悬移质泥沙测量的自动化。同时，还需要开展推移质泥沙自动测量原理和装置研究，力争突破推移质在线测量的难题。

(3) 水质监测。一是加大水质在线监测方法的研究力度，积极引进先进的仪器设备，进一步扩大自动监测的参数数量；二是开展卫星、无人机对悬浮物、叶绿素、油类等光谱特性与地面人工采样比测分析，构建天空地一体的水质观测网络，提高水质监测时效与质量。近期，积极推动丹江口库区水质预报预警系统的建设，确保南水北调中线水源的安全。

(4) 生态监测。依据水利部颁布的《生态流量监测预警技术指南》，大力开展水生生物自动监测技术研究，将水生生物监测由形态监测向eDNA监测转变，建立各类水生生物种群的基因库，引进或开发水生生物数量、种群的自动监测系统。针对水生生境监测，可结合水文测站特性，制定标准的水生生境监测种类和方法。

(5) 河道测绘。一方面研究无人机航测与水下地形自动结合测量方法，提高河道滩涂测量的效率；另一方面开展地面、水面三维扫描与水下机器人同步测量技术探索，实现陆地水下地形同步测量；再者，应开展基于多星源卫星融合的观测研究，突破卫星水下地形测验难题，加强河道测绘的时效性。

(6) 全要素自动集成。首先，大力开展各要素自动测量设备研发，加强各类新技术装备的科学应用，研究全类型复杂河段的水文要素在线监测最优化方法，解决不同要素设备的不兼容问题；其次，研发基于网络智能控制的降水、蒸发、水温、水位、流量、泥沙等水文要素在线监测成套设备；第三，充分利用5G等新基建赋能改造传统技术，研制基于物联网融合的水文全要素集成系统，解决海量数据汇集、远程控制、实时并行处理等难题。

3.2.2实现全过程全量程监测

(1) 水文全过程监测，实时在线方式仍是最直接的手段。要充分应用先进的监测设备，开展与站点特性匹配的比测试验，研究与监测数据匹配的计算方法，探索更为便捷、有效、融合的监测方式。然而，对于尚未实现自动在线监测的站点，需要着力开展水位流量单值化方法研究，通过水位的全过程监测实现流量的全过程；开展异步测沙技术研究，由流量的全过程实现泥沙监测的全过程；水质需要解决常规采样实验室化验的测验频次问题，开展实验室标准方法与卫星或移动飞行器光谱分析的适用性研究，通过增加混合频次实现全过程监测；针对长江河道特点，要研究卫星遥感与地面现场测量的配度，利用卫星重访规律较高的特点，提高对河道岸线监测的过程控制。

(2) 水文全量程监测，低高水水位、流量监测是难点。应在系统分析测站特性，充分认识测验河段水位、流速、泥沙等分布和变化规律的基础上，针对高、中、低水的特性，从各监测设备的测量原理(雷达波、超声波、影像等)、安装方式(点、多点、线、多线等)、流量合成计算模型(线性回归、流速二维反演积分合成、深度学习等)等多方面合理选择对应量程的监测方式，最终通过量程接力的方式实现全量程自动监测。开发能结合接触式和非接触式水位、流速等多要素仪器的通用观测平台，研发水位自记井防淤技术，研制抗干扰高精度的非接触式水位计，开展无人立尺在极速涨落河段应急水位观测技术的研究；针对大流量监测，大力开展雷达枪、电子浮标等大流量测流设备引进开发，重点开展基于雷达、光学图像、UHF等非接触式流速仪的研制，开发相配套的软件系统；针对小流量监测，研究超声波时差、H-ADCP等极低流速测量有效方法，研发微型ADCP、声学点流速仪、超灵敏度机械流速仪，水工建筑物流量测验和系数率定技术。针对泥沙监测，开展特小含沙量监测方法研究及仪器研发工作，实现对小含沙量测量技术的突破。

3.2.3突破空天地一体监测瓶颈

长江流域片已形成了一定规模的地面水文站点，站点不可能无限加密，特别是长江源头以及西南诸河流域，仍存在大量人类无法到达的区域，如何对这一部分开展水文监测，补齐该区域基础地理信息，是当前亟待解决的问题之一，构建空天地一体的透彻监测网络是最为有效的解决途径。研究在近地空间的极轨卫星、静止卫星、空间站，在对流层或平流层的探空气球、多普勒雷达、探空飞机、无人机，以及在河流上布设大量各类地面站点，通过天基、空基、地面三大类平台的多传感器联合观测，解决监测站点稀疏甚至西部无人区很难获取区域完整信息的缺陷，开发能及时获取水文科学中的降雨、土壤水分、径流、蒸散发、水质、水域面积、岸线变化、水生态监测等“线、面”信息的空天地一体化监测网络。

(1) 降水监测。开发卫星、多普勒雷达的测雨功能，研究空间与地面站网雨量耦合方法，提高雨量监测的范围和精度，为水文水资源预测预报模型提供高精度的数据来源。

(2) 水位、流量监测。根据卫星大数据的原理，研发利用历史水面宽、卫星测高数据重构水位系列的途径；通过构建虚拟的水文站网，开展多星源耦合的水位、流量连续监测技术研究。特别是对于突发事件，要实现水文全过程全量程监测，应开展无人立尺在极速涨落河段水位观测技术的研究，以及基于卫星、移动飞行器的流量、地形快速测量方法的研究。通过引进或研制适应不同类型事件的应急监测设备，进行雷达枪、电子浮标等大流量测流，以及微型ADCP、声学点流速仪等小流量测流仪器的试验研究，构建水文应急监测的物质保障体系以及技术支撑体系

(3) 泥沙、水质监测。通过卫星、移动飞行器的光谱分析，开展相关悬移质含沙量、水质要素的连续监测研究。

(4) 河道测绘。除用好常规卫星定位功能外，可充分利用水位涨落与水面宽度或水域面积的关系，研究利用高精度卫星遥感数据开展过往水道重构的方法，开发基于卫星、移动飞行器的流量、地形快速测量技术，与水下机器人进行水陆空一体化全息测量。

(5) 空天地一体化观测。① 要解决事件感知与多传感器协同观测与快速响应问题，将空天地观测数据关联共享，实现地面监测的综合、快速响应。② 将遥感技术与传统地学方法相结合，建立涵盖信息处理、解译、分析、表述和应用的信息综合应用技术，实现空天地数据的融合、同化与协同信息处理的快速、精确和全面，改变传统的“以点带面”信息处理模式。

3.3 智慧协同的专业支撑体系

“十四五”期间，立足于现有信息化基础，借助物联网、云计算、人工智能等信息化技术，以业务应用协同为导向，以数字化、网络化、智能化为主线，以产品智能改造升级、水文业务拓展转型为目的，重点开展传统水文业务智慧赋能，推进算据、算法、算力建设，实现水文全业务链的在线协同，形成“测报算”一体的专业合力，构建水安全全要素预报、预警、预演、预案模拟业务平台。

3.3.1提升水文产品智能水平

(1) 水文监测。全力建设长江智慧水文监测系统(WISH)。要充分应用移动互联网、云计算、大数据、物联网等信息通信技术，建立包括全部水文监测信息的采集、处理、审查、整编、发布及相应各项管理在内的唯一、清晰和完整的流程链，实现“互联网+水文监测+在线整编”的总体目标。通过深度融合新技术应用，提升水文监测数据在站处理、资料整编、分析计算的自动化智能化水平；深化水文测站管理体制机制，完善站网管理体系，借助AI视频赋能，构建巡测模式下的新型智能测站管理模式；开发智能巡测系统，实现基于在线地图的巡测测次、路线智能推荐的水文测验布置。

(2) 河道测绘。开发卫星、移动飞行器遥感与河道泥沙观测及地面河势调查耦合的一体化河道岸线智能监视系统，推动河道测量、制图、入库、管理的一体化系统建设，实现测绘工作链全过程的自动化、在线化，数据来源的现场化、唯一化，数据处理的智能化。进一步加快河道测绘的效率，将对长江河道岸线的监测频次由几年一次缩短为几天一次，逐渐实现对长江河道实时监控。以稳定、精确、专业定制化河道泥沙算法与预测模型为基础，采用数据、算法、功能三级服务架构，构建数字孪生流域的数据底座，实现领导座舱式三维河道表现，并提供沉浸式河道浏览体验，为河道水库冲淤演变分析、水文泥沙预测、崩岸分析预测、水库调度决策及堤防、岸线、采砂、航道管理提供决策依据。

(3) 水环境监测。通过流域水质中心和7个水质分中心实验室信息管理系统(LIMS)升级完善，将LIMS系统范围延伸至分局水质实验室，结合水质全要素监测能力建设，实现全局水质数据的全设备、全要素、全过程的智能管理，开发水质数据的智能传输、率定、预警系统。同时，扩充水质要素的监测范围，开展水生态、水生境观测技术研究。

(4) 水文水资源分析。在持续升级水文分析计算系统和实现计算成果智能报警、标准化输出与在线校审的基础上，开发智能水文水资源分析评价系统，通过关联整合、资源索引、统一编码、对象描述，实现水文分析与水资源评价的模块化、智能化。

(5) 水文水情预报。开展“四预”能力建设，完善升级洪水预报调度系统，构建智能预报调度体系。在预报调度技术方面，研究基于大数据、人工智能的水文预报新方法、新模型，实现水文气象预报技术创新；开展水文气象数据融合研究，将降雨和水文数据标准化和网格化，提升短、中、长期预报精度；积极研究应用知识图谱、人工智能等新技术，构建智能算法解决水文气象异常数据检测、历史相似雨洪分析、预报产品自动生成、智能内容搜索等高复杂、多重复的传统问题，提升效率和智能水平；开展水文数字流场建设，构建物理流域的数字水文映射，同步现实场景和连续不断的各类信息数据，开发水文映射数字标准，实现流域水文全要素数字化和虚拟化、全状态实时化和可视化。

(6) 水文自动测报。建立多要素多协议兼容的监测数据接收处理系统，实现水文全要素在线监测。研发以流量、泥沙监测为重点的水文智能测报产品，开发全量程水文观测平台等成套技术装备，实现多要素的智能在线监测和全要素高精度智能仪器间协同监测；构建基于物信融合的水文数据智能汇聚系统，实现水文测报要素一体化、数据处理与传输智能化，创新适应新形势的监测标准体系。

3.3.2扩展水文智慧服务领域

(1) 开发水资源管理与考核数据支撑体系，积极服务于最严格水资源管理。要从主要服务于防汛向兼顾各种要求转变，研究中小流量自动监测及精度评价技术、研发中小流量智能在线监测平台和设备、提升水工建筑物推流系数智能率定与自适应修正水平、开发流域地下水水位水质监测和智能评价预警系统，通过区域水文大数据智能分析，为水资源考核指标的率定和考核数据的合理性分析提供数据支撑。

(2) 构建水生态智能监测体系，响应生态文明建设。开展生态调度机制下枯水期和鱼类产卵期生态流量、水生生物、河道生境智能监测技术研究，研发水生生物、河流生境监测评价相关技术，开发长江干流、重要支流和重要湖泊控制断面生态流量智能监控和预警系统；积极开展梯级水库群生态实时预报调度方法研究，探索调度时机、调度次序、调度过程、调度效果监测评价的智能化途径，建立与生态调度高度一致的全要素监测预警体系。

依托水文数字赋能，全面拓展水文服务领域。以现有水文六大产品为基础，以全社会对水文需求为导向，通过深化大数据、人工智能等数字技术的融合应用，实现水文信息数字的产品化，开展水文深加工，开发质量更好、效率更高的水文专业产品，将水文服务延伸至更多行业或领域。

3.4 优质高效的信息服务体系

“十四五”期间，以建立数据高效协同体制、形成坚实的数据底座、建设孪生流域为目的，重点建设长江水文大数据中心、水文综合服务平台及公众服务门户。

3.4.1建立高效业务协同体制

(1) 整合流域节点不同业务系统功能。通过扩展长江流域实时水雨情数据库的应用范围，全面整合国家防汛抗旱指挥系统、国家流域水资源监控系统、国家地下水监测系统等在长江流域节点的功能，研制适应长江流域特点的全要素实时信息汇集平台。开发卫星、超短波、手机APP等多平台融合，涵盖水文站点、水库群、水文管理部门等各种信息来源的共享以及交换系统。融合全国省界断面水文水资源监测信息系统和水文在线整编系统，实现水文监测数据整编、传输、存储、共享的实时化、一体化。基于物联网技术，扩展长江流域防汛会商系统功能及使用范围，充分吸收现场的水文测验、水库管理和电站调度人员的经验，为防洪抗旱、水资源管理提供高质量服务保障。

(2) 构建行业间业务协作体制。组建长江流域水质监测信息网，推进流域内水质实验室LIMS系统建设，扩展现有平台的共享数据种类，完善水文系统内水质参数的共享交换体制。在巩固流域水文协作体制的基础上，建立与各级气象、生态环境、国土资源、应急保障部分的有效联络机制，实现行业间的信息共享流程。

3.4.2构建水文信息服务体系

(1) 一个中心。建设一个长江水文大数据中心，建立基础、实时监测、时空和信息场景等数据的集合，以及资源目录、多级元数据、信息标识和知识图谱等，实现水文信息资源的虚拟化组织，形成水文大数据环境。通过整合水文数据资源，建设流域水文数据底座，实现流域水文全要素数字化映射，建立全面支撑水文业务应用的大数据中心。通过构建包括多源异构的数据获取、集成、存储、信息挖掘与可视化等多个过程的大数据体系，以云计算架构为基础建立水文信息资源统一组织与应用支撑平台，完成长江水文数据资源目录建设、数据服务发布和展示应用，提供数据智能计算、数据挖掘等服务。

(2) 一个平台。建设长江水文综合服务平台，开展大数据信息平台应用支撑与集成建设，以水文水利各业务领域数字化、智能化、智慧化为目标，以信息资源整合和高效利用、有序共享为重点，推进算据、算法、算力建设，提升网络、计算、存储保障能力，构建基于数据孪生技术模拟仿真平台，支撑水文全要素预报、预警、预演、预案的模拟分析，建设长江水文综合服务平台，打造水文综合服务引擎。

(3) 两个门户。建设长江水文公众服务和专业服务门户，为长江水文体系的迭代升级提供战略指引，包括局内业务系统与普通用户、局外单位与普通用户等，实现不同级别用户严格的权限控制；对外建立面向不同用户和需求提供统一的公众信息服务平台，提供水文专业产品、软件工具、模型算法及技术输出等专业服务及发布、查询、获取、管理等功能，以集市门户的方式，实现服务管理一体化、业务分析一体化、产品供给一体化，统一展现长江水文的数据、服务和软件产品。

3.4.3完善水文社会服务形式

持续完善各类公报、通报产品。继续通过出版物、网站、公众服务号、APP等多种媒介，发布实时水情、重要汛情、预报预警等信息。积极开展各类为社会管理服务的公报、通报的编制和发布工作，继续编制并出版《长江流域及西南诸河水资源公报》《长江泥沙公报》，协同编制出版《中国水资源公报》《中国河流泥沙公报》，力争使用数据更权威准确。继续为编制《全国生态流量监测信息通报》《全国水资源监测通报》提供准确的数据支撑，为最严格水资源制度考核提供依据。完善《长江流域水资源监测通报》《长江流域生态流量监测信息通报》《长江流域及西南诸河水资源中长期预报》的编制内容、体制，积极为流域管理提供更加全面的支撑。探索进一步扩大为水利中心工作服务的范围及相应途径，结合现已开展的河道巡查和卫星遥感，充分利用长江水文的数据优势，探索开展《长江险工险段崩岸预警通报》《长江水质通报》的可能性，扩大长江水文的服务领域。

3.5 科学规范的管理保障体系

“十四五”期间，以保障水文高质量发展为目的，重点开展全方位精细化管理、科技创新工作，深化内部管理、加强文化建设，促进单位幸福感提升。

3.5.1管理服务的业务化

(1) 管理保障业务发展。① 促进党建与业务的深度融合，以坚强的政治保障促进水文高质量发展，为推动高质量发展提供政治保障；② 保证制度有利于业务进步，通过加强管理创新、制订精细化管理制度、强化执行力度，促进管理与业务融合，完善绩效考核、岗位聘用等激励措施，激发单位职工积极性和创造性；③ 人才队伍向业务倾斜，进一步优化招聘制度，加快干部年轻化步伐，持续推进高层次人才培养，探索干部基层交流培养机制，为基层引进一批留得住的实用型人才。

(2) 管理以解决问题为目的。管理要在传承和发扬现有好的做法的基础上，针对新出现的问题，以问题为导向，开展测站空心化、驻巡结合的技术管理方式，勇于突破既有管理模式，有针对性地开展管理创新。

(3) 管理紧扣重点工作和关键环节。管理应重点服务于核心业务，如水文预报、水文测验、河道观测、水文水资源、水环境、自动测报等六大产品，以及数字孪生流域、智慧水文、“一站一策”和“重点示范站”等重点，抓工作短板和薄弱环节，充分发挥好典型示范引领作用，以点带面。

3.5.2管理程序的规范化

(1) 完善规章制度，做到制度管人。全面清理规章制度，及时修订，查漏补缺，切实做到有章可循、有规可依。建立考核评价体系和问责制度，确保各项规章制度和规则要求落到实处，坚决克服形式主义。

(2) 强化ISO质量、环境和职业健康安全管理。细化作业文件，针对具体任务，制定科学严谨的工作程序、标准和流程，按程序运行，按标准落实，充分使用信息化建设成果，通过各类应用系统固化流程、提高效率。

(3) 完善岗位职责。结合具体工作流程，细化各类岗位的职责，明确边缘性、交叉性工作分工，确保任务到人、责任到人，做到人人有担子、个个有责任，构建各负其责、齐心协力的良好工作氛围。

3.5.3强化文化和科技保障

(1) 强化文化建设，营造积极向上的发展氛围。推进文明单位创建活动，大力宣传先进人物和先进集体，推进水文示范站文化提升工程，打造长江水文品牌，推进水文化建设，让干部职工有幸福感。

(2) 强化科技保障，提升发展动能。坚持技术立局，突出创新能力提升，开展省部级和长江委级科技创新平台创建，加强与国内外科研院所交流，实现更多国家级和省部级科技奖励成果落地开花。同时推进科技成果转化，增强工作实效，让干部职工体验到科技自豪感。

4 结 语

水文是防洪抗旱、水资源保护、水污染防治、水环境治理、水生态修复的基础指标、信息支撑和科学依据，是经济社会发展和流域综合管理的基础。本文通过梳理长江水文站网布设、监测能力、专业支撑、信息共享以及管理体制等方面的发展历程，提出了构建新时代长江水文综合站网、立体监测、专业支撑、信息服务和管理保障等五大体系的建设构想。“十四五”期间，将通过人工智能、大数据、物联网等高新技术对传统水文、水质、水生态、河道监测手段和方式进行改造与更新，扩展水文服务领域，完善水文测报信息网络和专业支撑体系，努力构建和发展长江水文“五大体系”，更好地为社会各方提供优质的服务。