簡述水文水資源監測現狀及數據維護管理

艾力帕爾·阿合買提

（新疆維吾爾自治區水文信息中心，新疆烏魯木齊 830000）

0.引言

水文水資源監測工作的開展，出發點是生態環境保護，尤其是水環境保護，提高水資源的利用效率，達到節能效果。我國水文水資源監測工作起步晚、發展時間短，在技術、設備、人才等方面均存在不足之處。新形勢下，充分利用信息技術，創新監測工作方法和模式，提高監測結果的準確性，成為相關機構的關注要點。以下結合筆者的個人實踐，探討了水文水資源監測現狀及數據維護管理工作的相關事宜。

1.水文水資源監測的概念和意義

1.1 水文監測

主要從節約用水和污染防治兩個層面出發。通過水文水資源監測，一方面能監測水量變化，加強宣傳教育工作，促使民眾認識到水資源的重要性，樹立節約用水意識。另一方面能監測水質變化，判斷水體是否發生污染，判斷污染物成分、含量、危害程度，繼而指導污染治理工作開展。（3）服務于水環境管理。水環境是生態環境的組成部分，而且水體和大氣、土壤等要素密切相關、互相影響[2]。水環境管理工作中，跨水域調度、實時或年紀間的調度、區域內不同水體的調度、地表水和地下水的調度、洪水的利用等，均離不開水文水資源監測數據，是開展分析、預測、預警工作的基礎。

水文監測是水文部門對河湖、水庫、渠道、地下水進行實時監測，主要監測指標有水位、流量、流速、降雨、蒸發、泥沙、冰凌、水質和墑情。用于水文監測的儀器設備，主要有巡測車、測船、水位觀測設備（即各種類型的水位計）、降水觀測設備（雨量計）、流量測驗設備（流速儀、ADCP、H-ADCP等）。基于數據采集、傳感、無線通信等技術的支持下，逐漸形成完善的水文監測系統，實現了監測數據的實時傳送，提高工作效率。

1.2 水資源監測

水資源監測是由水利部門對地表水、地下水等水源進行水位、水質監測和管理工作，為水資源的合理開發和利用提供支持。眾所周知，隨著時間和空間變化，地表水和地下水的數量、質量也發生變化，是自然和人為因素綜合作用的結果。通過水資源監測能了解水量、水質的變化，掌握變化規律，最終的目的是保護水資源，加強整個社會的節水意識[1]。

1.3 監測意義

（1）優化配置水資源。分析一個區域或流域的水資源現狀，了解發展趨勢、評價承載能力，實現水資源的合理配置，能確保當地經濟社會的健康發展，促進產業調整，為社會可持續發展提供決策支持。例如南水北調工程，可以緩解北方水資源匱乏的現狀，滿足當地的生活和生產用水需求。（2）有助于保護水資源。簡單來說，水資源保護

2.水文水資源監測的內容和現狀

2.1 監測內容

從宏觀上看，水文水資源監測的內容主要是地表水、地下水和空中水3部分。

（1）地表水監測。我國地域廣闊，不同區域的地形地貌差異明顯，因此地表水監測工作中，要根據實際情況選擇合適的監測技術方法。以小流量河道為例，如果河道內泥沙含量和漂浮物少，可采用超聲波、多普勒儀器進行監測；如果泥沙含量大，可采用量水槽法進行監測；如果河道周圍有建筑物，可測量水位、水深等數據，利用流量公式計算流量值；此外還有電磁法、浮標法、稀釋法等，因地制宜進行選擇。（2）地下水監測。地下水監測主要獲得地下水的水位、水溫、水質信息，在合理開發利用的同時，開展長期保護工作。如圖1所示，地下水監測系統由監測中心、通信網絡、微功耗測控終端、水位計4個部分組成，可以得到水位、孔隙壓力、滲透性等數據，并按規范要求取水樣檢測水質。該監測系統的靈活性強、經濟性高、不僅結果精確可靠，而且功能多樣化，能滿足地下水監測工作的要求[3]。（3）空中水監測。隨著科學技術進步，人工降雨技術走向成熟，開展空中水監測工作就非常有必要。具體來看，人工降雨監測、實際降雨監測、云層監測，是空中水監測的主要內容。這些監測工作的開展，主要依靠雷達、衛星和氣象數據；另外為了應對溫室效應、不正常氣候，還應該對海洋及大氣進行監測。

圖1 地下水監測系統結構圖

2.2 監測現狀

近年來，隨著我國工業生產發展迅猛，水污染防治成為社會關注的一個焦點，與此同時水文水資源監測工作的地位提升。得益于法律法規的不斷完善，理論知識的豐富，以及實驗活動的開展，我國水文水資源監測取得顯著成績。但是，因起步較晚、發展時間短，監測工作中存在不少問題，總結如下。

（1）資料收集問題。水文水資源監測資料在收集時，主要依靠計算機和監測設備完成，因技術本身發展不成熟，會影響監測數據的準確性。監測工作的開展，需要專業人員選擇監測點、設置技術參數，如果人員技術水平不高，也會影響監測數據的質量。另外，數據量大、類型多樣，沒有對實時數據和歷史數據進行對比，出現問題后還需要人工查找并解決，這個過程需要消耗大量人力物力。（2）技術設備問題。近年來，我國水文水資源監測工作發展快速，但是和西方發達國家相比，監測技術和設備上依然存在差距。分析原因在于：1）監測設備價格昂貴，購備時需要國家財政支持，審查流程復雜。在一些基層監測點，因資金投入不足，使用的監測設備沒有及時更新，就會降低監測結果的準確性。2）監測設備后續維護保養是一個要點，不僅具有專業性特點，而且對工作人員的經驗依賴較強。高素質人員缺乏，設備在使用、管理、維護上存在不足之處，不僅影響設備的性能，還可能縮短使用壽命。（3）制度法律問題。水文水資源監測工作的開展，相關的制度法律是依據和保障。我國《水資源污染與修復》《水資源水量監測技術導則》《水資源管理監督檢查辦法》《水環境保護法》等文件，對于水文水資源監測工作的指導存在交叉和空白，沒有隨著時代發展及時更新完善，無法在細節上規范監測行為，不僅提高了監測工作難度，也會影響水環境保護工作的進一步開展。（4）人為活動問題。在整個自然界中，人類活動對水環境的影響不可小覷。雖說水利工程具有防洪減災的作用，但是前期勘察不足、設計不科學，反而會影響生態環境，不利于水資源監測工作開展。如此，無法掌握河道的準確信息，對洪期判斷出現誤差，未采取有效防控措施，很容易造成洪澇災害和經濟損失。在城市內，盲目打造人工濕地、生態水體，表面上可以美化城市環境，但會擾亂地表水和地下水的水位、流量，導致水文要素成為不可控因素，為監測工作帶來不確定性。

3.新疆地區地下水現狀及開采潛力

3.1 地下水開采量

地下水開采是有限度的，在保護生態環境的條件下，采用經濟性、可行的技術措施，從地下含水層中采集水資源。一般來說，地下水開采量取決于2個因素：（1）地下水的補給量；（2）開采條件。在新疆平原地區，灌區面積占比不足10%，但地下水資源占比達到82%以上，因此灌區是地下水資源集中地。灌區以外的地下水，主要是地表水滲漏補給，這部分水源和生態環境密切相關，不能開采。近年來，隨著地下水位升高，土壤鹽漬化加重，地下水的調蓄作用更加突出。

結合新疆地區的生態環境、水利設施建設運行情況，初步確定地下水資源的開采量達到每年153.2×108m3，具體見表1。

表1 新疆地區地下水開采量測算結果

3.2 開采潛力分析

地下水資源的開采潛力，可用開采潛力指數（P）表示，計算方法是：

式中，Qk代表地下水可開采量，Qc代表地下水已開采量。對于P值大小的判斷標準是：P＞1.2，說明開采潛力大，可擴大開采規模；P在0.8～1.2之間，說明開采潛力一般，采取控制手段，實現采補平衡；P＜0.8，說明開采潛力不足，出現超采現象。

基于表1中調查數據，計算顯示東疆、南疆、北疆3個地區的地下水開采潛力指數分別是0.62、2.04、1.21，說明東疆地區開采潛力不足，北疆地區具有一定開采潛力，南疆地區的開采潛力巨大。

4.云平臺在新疆地下水監測中的應用

信息技術的快速發展，以物聯網、大數據、云計算為代表的技術走進地下水監測領域。以新疆地區地下水系統為例，近年來，隨著該對地下水監控能力的提升，自動地下水監測點數量不斷增加，采集的數據量越來越大，以往的管理系統不滿足業務查詢要求，數據傳輸和處理效率低。對此，實施技術改造，建成地下水自動監測云平臺。

4.1 平臺結構組成

該平臺主要由3個部分組成：（1）監控中心子系統，利用物聯網技術，將監測設備運行數據、采集數據、地下水信息等傳輸至平臺。（2）監測站子系統，可對大數據進行傳輸存儲，輔助數字化管理系統的運行，并進行多媒體展示。（3）移動App，方便人機交互，具有跨平臺、跨空間的特點。

4.2 核心功能

該云平臺的使用用戶，是水利水利管理職能部門，例如水文局、水資源管理機構等。系統采集的數據有3類：（1）測站基本數據；（2）自動采集數據；（3）人工錄入數據。對地下水自動監測時，涉及地下水的水位、埋深、水溫等信息，采集間隔時間為4h。

5.結語

水文水資源監測工作的開展，能優化配置水資源，有助于保護水資源，服務于水環境管理。文章分析了新疆地區地下水現狀及開采潛力，介紹了云平臺在新疆地下水監測中的應用情況。隨著信息技術的進一步發展，水文水資源監測向著數字化、信息化的方向轉變，不斷完善監測網絡，發揮出信息技術的優勢。對于工作人員而言，享受信息技術帶來的好處的同時，還應該注意數據安全防護，開展數據維護管理工作，為水文分析和污染防治工作的開展提供支持。