精确水利测量在流域水资源管理中的作用

关延峰

（辽宁省辽河防洪工程有限责任公司，辽宁 沈阳 110000）

随着全球水资源日益紧张和水环境问题的凸显，流域水资源管理变得尤为重要。流域是水资源的天然单元，其内涵着复杂的水文过程和多样的水体互动。在这一背景下，精确水利测量成为流域水资源管理中的关键技术，对于全面了解水文情势、科学规划水资源利用和高效保护水体均具有重要意义。

1 流域水资源管理概述

1.1 定义和目标

流域水资源管理涵盖了对特定流域内水资源的全面协调、利用和保护，这一管理形式超越了传统的单一水体管理，将目光聚焦于整个流域范围内的水资源系统，包括地表水、地下水、雨水、湖泊和河流等多种水体。其核心在于通过综合考虑流域内的地理、气候、土地利用等因素，实现对水资源的科学规划、分配和保护。

流域水资源管理的目标旨在实现对水资源的可持续利用、生态环境的健康维护及社会经济的协调发展。首要目标是确保水资源的稳定供应，以满足不断增长的社会需求。通过对流域内水资源的科学分析和规划，实现对水资源的有效分配，提高利用效率，同时降低对非可再生水资源的过度开采。其次，流域水资源管理追求生态环境的可持续性。通过科学合理的管理措施，保障流域内的湿地、河流、湖泊等生态系统的完整性，维护生物多样性，减少水污染和生态系统恶化的风险。这一目标不仅关系到水生态系统的健康，也直接影响到人类社会的可持续发展。

1.2 关键组成部分

1.2.1 水资源规划

水资源规划是流域水资源管理的基础和核心，涵盖了对流域内水资源的全面分析、合理配置和未来发展的科学规划。水资源规划不仅要考虑当前的水资源状况，还要充分考虑未来社会、经济和环境的发展趋势[1]。水资源规划的首要任务是确定流域内水资源的分布、类型和数量，通过建立水资源数据库，全面掌握流域内的水文情况。在此基础上，制定合理的水资源利用方案，包括农业灌溉、城市供水、工业用水等多个方面。

1.2.2 水资源保护

水资源保护是流域水资源管理的关键环节，其目标是保护水体质量、维护生态平衡和减少水资源的浪费。水资源的保护涉及水源地保护、水污染防控及生态系统维护等多个方面。水源地保护是水资源保护的重要组成部分，包括湖泊、河流、水库等自然水体及地下水的保护，通过建立水源地保护区、采取合理的土地利用政策，限制污染源的排放，有效减少人类活动对水源地的影响[2]。水污染的防控是水资源保护的关键措施，通过建立严格的水质监测体系，及时发现并控制水体污染源，实施治理方案，确保流域内水质达到或维持在规定的标准，既包括点源污染的治理，也需关注面源污染的控制，以实现全方位的水污染防治。

1.2.3 水资源监控和评估

水资源监控和评估是流域水资源管理的持续性和动态性体现。通过监控体系，对流域内水资源的数量、质量、分布等进行实时监测，及时发现问题并采取措施。监控体系包括地面水文测站、遥感技术、数字水文模型等多种手段，实现全面、精准的水资源动态监测。评估是对流域水资源管理效果的定期检查，通过对水资源规划执行情况、水资源保护工作效果及流域生态系统健康状况等进行综合评估。

2 水利测量的基本原理

水利测量作为水利工程中不可或缺的一部分，其基本原理涉及水位、流速和水量等关键参数的测定。首先，水位测量是水利测量的核心，通过高程变化，全面了解河流、湖泊、水库等水体的水位情况。水位测量中，关键在于测点的选择和测量手段的合理运用[3]。测点的选择需兼顾地形、水文地质等因素，包括水文测站、水库闸口、河道交汇点等，测量手段包括水位计、激光测距仪等工具，通过连续监测水位变化，实现对水体动态变化的全面把握。

流速测量是水利测量中的另一关键环节，用于获取水体流动的速度信息。测量原理是基于流体力学的基本概念，主要通过测量单位时间内水体通过一定截面的体积流量来实现。流速测量的手段多种多样，包括流速计、船载流速仪等设备。

水量测量作为水位和流速测量的综合应用，关键在于水位、流速等参数的综合计算。积分法和控制体法是常见的水量测量原理。积分法通过在横截面上设置多个水位测点，利用测得的水位数据进行积分运算，得到水体通过该截面的总体积，从而计算出水量。控制体法通过在水体流动路径上设置控制体，通过测量水体在控制体边界上的流速和水位，计算流经控制体的水量。这两种方法适用于不同情景的水量测量，为对河流、渠道等不同形态水体的水量进行科学评估提供了可靠手段。

3 水利测量的关键技术

3.1 遥感技术

遥感技术是水利测量中的重要手段，是通过卫星、航空器等遥感平台的高分辨率影像来获取水体的特征、地形、土地利用等信息。在水位测量中，遥感技术获取水体表面高程信息，实现对河流、湖泊等水体水位的遥感监测。

3.2 全球定位系统（GPS）

作为卫星导航系统，为水利测量提供了高精度的空间定位信息。在水文测量中，GPS 广泛用于水位测量和流速测量，通过在水体边界和测点设置GPS 接收器，实现对水位变化的高精度监测；在流速测量中，结合GPS 和流速计等设备，获取水体流经测点时的实时速度和坐标信息，由此得到流速数据。GPS 技术的高精度和实时性，为水文监测提供了强有力的支持。

3.3 数字地形测量

数字地形测量技术是通过激光雷达、雷达干涉等手段，实现对地表形态的高精度测量。在水利测量中，数字地形模型（DEM）的生成为水文建模、水体变化监测等提供了详细的地形信息。DEM还用于确定水流方向、流速分布等，对于流域水文过程的模拟和预测具有重要价值。通过数字地形测量，可以更准确地模拟水流路径、分析地形对水流的影响，提高水文模型的精度和可靠性[4]。

3.4 水文测验

水文测验是一种通过实地测量来获取水文信息的技术手段，通过设置水位计、流速计等仪器，对水体的水位、流速等参数进行直接测量。水文测验的优势在于直接获取实测数据，能够适应各类水体和地形，提供准确的水文信息，对于长期水文监测和水文模型的验证具有不可替代的作用。

4 水利测量的数据处理和分析

水利测量产生水位、流速、水量等多个方面的信息，经过一系列处理步骤，确保其精度和可靠性。在水位测量中，通过对水位数据进行滤波、校正等处理，消除由于环境干扰、设备误差等因素引起的噪声，获取准确的水位信息。对于流速数据，要进行仪器校准、流速剖面分析等步骤，以保证流速测量的精确性。水量数据的处理则要考虑水位和流速的综合分析，通过积分法等数学手段，计算出水体通过截面的总流量。整个数据处理过程需要借助数学统计、信号处理等领域的方法，确保测量数据的准确性和可信度。

数据的分析是从测得的原始数据中提取有用信息的过程，旨在深入了解水体的运动规律、水文过程、水体变化等特征。在水位数据分析中，通过时间序列分析、频域分析等手段，识别出水位的周期性、季节性变化规律，为洪水预报、旱情监测等提供参考。流速数据的分析则侧重于流速剖面的特性，通过流速剖面曲线的分析，确定流速的分布规律，为河道治理和水流动力学研究提供基础信息。水量数据的分析不仅关注总量的计算，还需要研究其时空分布特征，为水资源调度、水质管理等提供科学依据。

5 精确水利测量在流域水资源管理中的作用

5.1 提高水资源规划的精确性

精确水利测量在流域水资源管理中发挥着关键作用，尤其在水资源规划方面具有显著的应用价值。通过精准的水位测量、流速测量和水量测量，获取流域内水体的详细信息，包括水位变化的时空分布、河流流速的剖面特性及水体通过截面的总量，这些数据为水资源规划提供了科学依据。

5.2 增强水资源保护的有效性

水资源保护是流域水资源管理的核心任务之一，精确水利测量在水资源保护方面的应用可以显著提升保护效果。通过水位测量，能够实时监测水体的高程变化，及时发现可能的水体异常波动，为预防水体溢出、泄漏等提供预警。流速测量监测水流速度的变化，识别可能的水流异常和流速过快引发的河岸侵蚀等问题。精确水量测量在水资源保护中的应用更为重要，通过实时监测流经截面的水体总量，快速检测到异常的水量波动，为水体污染的溯源提供重要线索，有助于迅速应对可能的水质问题，减少对水体的损害。

5.3 优化水资源利用的效率

提高水资源的利用效率是流域水资源管理的目标，而精确水利测量为实现这一目标提供了强有力的支持。通过对水位、流速和水量的准确测量，深入分析水资源的分布和变化规律，为优化水资源利用提供科学依据。在水位测量方面，了解河流、湖泊等水体的高程变化规律，为合理调控水位提供依据。通过流速测量，了解河流不同截面的水流速度分布情况，为合理布置水力发电设施、提高灌溉效率等提供技术支持。水量测量为确保水资源的有效利用提供了实际输送量的数据支持，避免资源的浪费和过度利用。

5.4 强化水资源监控和评估的能力

精确水利测量为水资源监控和评估提供强大的技术支持。在水资源监控方面，通过实时水位测量，建立水位监测网络，实现对流域内各个水体的高程动态监测。流速测量有助于监控河流、渠道等水体的运动状态[5]，识别潜在的水体异常情况。水量测量为水资源评估提供了直接的输送量数据，有助于对水体的供给和需求进行全面评估。基于这些数据，可以建立水文模型，进行水资源的时空分布预测，为未来水资源管理提供科学决策的依据。同时，水资源监控和评估需要兼顾水质信息，通过对水体输送量的实时监测，及时发现水体污染问题，加强对水体健康状况的监测。通过精确水利测量，水资源管理者可以更加全面、准确地了解流域水资源的状况，提高对水体动态变化的敏感性，更好地制定水资源管理策略，确保水资源的可持续利用。

6 结语

精确水利测量在流域水资源管理中的作用不可忽视，为实现水资源的科学、高效、可持续管理提供了强有力的技术支持。通过对水位、流速和水量等关键参数的准确测量，能够深入了解水文过程、水体状态及水资源的时空变化规律。精确水利测量在流域水资源管理中的应用，不仅提高了水资源的利用效率，也为水环境的保护和可持续管理提供了坚实的技术基础。