水文站全要素自動(dòng)監(jiān)測(cè)探索與思考

霍小虎，郭西軍

（黃河水利委員會(huì)上游水文水資源局，甘肅蘭州730030）

1 測(cè)站概況

民和水文站隸屬于黃河水利委員會(huì)上游水文水資源局，始建于1939年10月1日，是黃河流域設(shè)立較早的水文站之一。位于青海省民和縣川口鎮(zhèn)史納村，地理坐標(biāo)為東經(jīng)102°47′、北緯36°20′，集水面積15 342 km2，距河口75.3 km，距河源298.6 km，是黃河一級(jí)支流湟水的重要把口站，為國(guó)家重點(diǎn)報(bào)汛站、甘青省界斷面，承擔(dān)著向國(guó)家防總、黃河防總、甘肅省防汛指揮部等單位的報(bào)汛任務(wù)。

該站基本斷面上下游河道總體呈“S”形，順直段約180 m，矩形斷面，水流基本順直，砂卵石河床，主河道河寬約50 m，河道比降約2.6‰；河道左岸為陡岸，岸坡為紅土砂巖，右岸地勢(shì)較低，為較大的河谷階地；水位流量關(guān)系線大多呈單一線，高水有時(shí)呈現(xiàn)繩套曲線；單斷沙關(guān)系多呈45°直線。

2 面臨形勢(shì)

黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展已上升為重大國(guó)家戰(zhàn)略，對(duì)水文測(cè)報(bào)工作也提出了新的更高的要求：一是水文測(cè)報(bào)新技術(shù)、通信技術(shù)、人工智能等技術(shù)發(fā)展迅猛，充分利用先進(jìn)聲、光、電等自動(dòng)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)手段已成為現(xiàn)代水文發(fā)展的必然趨勢(shì)。二是水文站大多地處偏僻，工作環(huán)境相對(duì)較差，基層一線職工改變工作、生活愿望強(qiáng)烈。三是加快推進(jìn)水文信息化建設(shè)步伐，全面提高水文監(jiān)測(cè)現(xiàn)代化水平，構(gòu)建“駐巡結(jié)合、以巡為主”的水文測(cè)報(bào)模式迫在眉睫。由此可見，建設(shè)全自動(dòng)化水文站是推進(jìn)水文事業(yè)健康持續(xù)發(fā)展的必由之路。

3 水文站全要素在線監(jiān)測(cè)建設(shè)

通過近年來的實(shí)踐與探索，水文站主要測(cè)驗(yàn)要素（水位、流量、泥沙、降水、蒸發(fā)、水溫等）均能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，提升了水文站現(xiàn)代化測(cè)報(bào)水平。

3.1 水位

民和站采用了雷達(dá)水位計(jì)，可采用移動(dòng)公網(wǎng)（GPRS）進(jìn)行信號(hào)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程采集、傳輸，具有安裝簡(jiǎn)易，受水面漂浮物等影響小。浮子式水位計(jì)、氣泡式水位計(jì)也是黃河上游測(cè)區(qū)應(yīng)用最為廣泛的水位自動(dòng)采集儀器，浮子式水位計(jì)一般依托水位自計(jì)井安裝，可有效減少水面波浪影響，但水位自計(jì)井容易受泥沙淤積影響，需要定期沖淤；氣泡式水位計(jì)可實(shí)現(xiàn)冰期、暢流期水位自動(dòng)觀測(cè)，能夠解決高寒地區(qū)水位觀測(cè)問題。

3.2 流量

根據(jù)測(cè)站斷面水流集中、水面寬較小、斷面沖淤變化小的特點(diǎn)，選用了RG-30雷達(dá)流量在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，根據(jù)流速橫向變化轉(zhuǎn)折，沿?cái)嗝姘惭b4個(gè)雷達(dá)探頭，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)固定點(diǎn)水面流速（監(jiān)測(cè)頻次6 min/次），配合雷達(dá)水位計(jì)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)斷面水位、水面流速，根據(jù)置入系統(tǒng)斷面資料（定期更新），實(shí)現(xiàn)流量在線監(jiān)測(cè)。此外，目前上游測(cè)區(qū)還建有側(cè)掃雷達(dá)、H-ADCP等測(cè)流系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)流量在線監(jiān)測(cè)。

3.3 泥沙

泥沙監(jiān)測(cè)是水文站常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目中最為煩瑣、復(fù)雜的要素，傳統(tǒng)測(cè)驗(yàn)方式耗時(shí)、費(fèi)力，是水文現(xiàn)代化建設(shè)的瓶頸。隨著新技術(shù)不斷提升，經(jīng)調(diào)研，為民和站引進(jìn)了HSW.NUT-1型同位素測(cè)沙儀，并開展了比測(cè)試驗(yàn)，比測(cè)效果良好，實(shí)現(xiàn)了含沙量在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.4 降水

降水觀測(cè)傳統(tǒng)方式為人工觀測(cè)，此后出現(xiàn)了翻斗式雨量計(jì)、稱重式雨雪量計(jì)、光學(xué)雨量計(jì)等，從近年實(shí)際應(yīng)用來看，翻斗式雨量計(jì)能夠解決液態(tài)降水自動(dòng)觀測(cè)，無法觀測(cè)固態(tài)降水。為解決固態(tài)降水自動(dòng)觀測(cè)問題，該站引進(jìn)了稱重式雨雪量計(jì)，可測(cè)量0.1 mm分辨力的任何固態(tài)、液態(tài)及混合降水，實(shí)現(xiàn)全年降水量自動(dòng)采集傳輸。但存在對(duì)降水形態(tài)無法自動(dòng)識(shí)別的問題。

3.5 水面蒸發(fā)

民和站采用了全自動(dòng)型水面蒸發(fā)觀測(cè)設(shè)備，能夠自動(dòng)補(bǔ)水、排水、采集蒸發(fā)桶（E-601型）內(nèi)水面高度，計(jì)算日水面蒸發(fā)量，實(shí)現(xiàn)了水面蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)、傳輸，目前已批復(fù)投產(chǎn)應(yīng)用，能夠滿足非冰期水面蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)，并能夠更詳細(xì)地顯示蒸發(fā)變化過程，對(duì)開展水面蒸發(fā)研究意義重大。對(duì)于北方地區(qū)，冬季有結(jié)冰現(xiàn)象，自動(dòng)蒸發(fā)設(shè)備則不能使用，有待進(jìn)一步研究解決。

3.6 水溫

水溫自動(dòng)觀測(cè)通過將水溫傳感器安裝于浮子上，置于水面下，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水溫，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸至數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)。

3.7 測(cè)站視頻監(jiān)控

測(cè)站建成了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，并可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳，既可提高水文站測(cè)驗(yàn)設(shè)施設(shè)備的安全管理，又能遠(yuǎn)程觀讀水尺水位等，并為利用視頻觀測(cè)水尺水位提供條件。今后可根據(jù)開展巡測(cè)工作需要，在勘測(cè)局建設(shè)視頻監(jiān)控中心，實(shí)時(shí)監(jiān)控測(cè)驗(yàn)斷面畫面，在大洪水或特殊水情期間指揮現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)，提升測(cè)報(bào)工作效率。

4 結(jié)語

水文是水利和社會(huì)發(fā)展的前期工作和基礎(chǔ)工作，是水利工作的“耳目”和“尖兵”。水文站大多地處偏遠(yuǎn)，自然條件艱苦，遠(yuǎn)離城市，給水文一線隊(duì)伍建設(shè)帶來制約，造成水文站招聘人才難、留住人才更難的現(xiàn)狀，迫使水文測(cè)報(bào)工作尋求改變，水文站全要素自動(dòng)觀測(cè)技術(shù)為改變這一現(xiàn)狀提供了條件，已逐步實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化采集、傳輸，能夠在異地實(shí)現(xiàn)水文測(cè)報(bào)工作，在采集方式上向“有人看管、無人值守”水文測(cè)站發(fā)展，大幅減少一線水文職工駐測(cè)時(shí)間，將一線水文職工從艱苦、惡劣的工作環(huán)境中解放出來，實(shí)現(xiàn)“駐巡結(jié)合、以巡為主”的水文測(cè)報(bào)新模式，研究水文站全要素自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)是改變水文發(fā)展現(xiàn)狀及解決目前面臨矛盾的重要措施和有效途徑。