松辽流域水文监测新技术应用思考

王光磊，任海霞，乔铂纯

（1.松辽水利委员会水文局（信息中心），吉林 长春 130021；2.松辽水利委员会水文局黑龙江中游水文水资源中心，黑龙江 佳木斯 154002）

1 流域水文监测现状

松辽流域行政区划包括辽宁、吉林、黑龙江三省和内蒙古自治区东部的四盟（市）及河北省承德市的一部分，流域总面积124.92 万km2。西、北、东三面环山，南部濒临渤海和黄海，中、南部形成宽阔的辽河平原、松嫩平原，东北部为三江平原。流域处于北纬高空盛行西风带，具有较多的西风带天气和气候特色，有明显的大陆性气候特点，为温带大陆性季风气候区。冬季严寒漫长，夏季温湿而多雨，部分地区属寒温带气候。流域内因气候条件封冻期一般在6个月以上，河流结冰期较长，自动仪器设备应用具有局限性和不适用性。

1.1 辽河流域代表站水文仪器装备

辽河流域内监测现代化典型代表站，以流域辽河干流水文测站为例，在要素全自动采集方面已实现畅流期水位、流量、降水、蒸发采集全自动；封冻期水位、降雨采集全自化。

1）水位。配备的气泡水位计运行稳定，经多年比测实验，精度符合规范要求，准确性和稳定性良好，具有水位全天候自动采集能力。适用于本地气候，满足全年监测工作需要，且设备终端安置于缆道房内，高于堤防防洪标准，满足监测量程全覆盖要求。

2）流量。配备水文测验缆道、走航式ADCP和侧扫雷达测验设备。侧扫雷达在比测分析期间，因流域未发生较大洪水，高水和超标洪水未比测分析，现已完成中低水位级的比测分析工作，成果精度良好，符合规范要求，满足流量畅流期要素采集全自动的要求。中低水采用缆道搭载走航式ADCP 法施测，高水采用走航式ADCP 与侧扫雷达同步观测，满足监测量程全覆盖要求。封冻期采用定点ADCP 法施测，不能达到自动监测标准。

3）泥沙。配备了缆道式光电测沙仪，现已完成比测分析工作，成果精度可靠，符合规范要求，满足泥沙要素畅流期采集半自动化的要求。

4）降水。配备称重式雨雪量计，且已运行多年，具备较高的稳定性、可靠性及准确性，能实现全天候降水要素采集全自动要求。

5）蒸发。配备E601B 型蒸发器，设备运行稳定，成果精度准确可靠，满足畅流期蒸发要素采集全自动的要求。

6）通讯。配备信息专用传输通道2 条，常规采用4G 信道发送存储信息，北斗通讯信道作为非常时期信息发送存储的应急手段，满足信息传输双备份模式。

7）视频系统。远程视频监视监控系统监测成果在站可视，信息展示直观便捷，满足规范要求。应用“监测平台”可随时调取各项监测数据，展示水位、流量、降水、蒸发等要素监测成果。同时，视频监控系统点位布置均匀合理，各个监测场地均能实现可视化。

1.2 松花江流域代表站水文仪器装备

松花江流域内监测现代化典型代表站，以高寒区水文测站为例，在要素全自动采集方面已实现畅流期水位、流量、降水、蒸发采集全自动，封冻期降水采集全自化。

1）水位。配备的气泡水位计、雷达水位计、浮子水位计、视频看水位系统，经多年比测实验，精度符合规范要求，准确性和稳定性良好，具有畅流期采集能力。封冻期受气候影响采用人工观测。

2）流量。配备水文测量船、ADCP 和电波流速仪测验设备。ADCP 在比测分析期间，成果精度良好，符合规范要求，满足流量畅流期要素采集全自动的要求。高中低水采用测量船搭载走航式ADCP 法施测，满足监测量程全覆盖要求。封冻期采用ADCP 选点法施测，人工开凿冰孔，人工手持ADCP 仪器方式测验。

3）泥沙。配备光电测沙仪，现已完成比测分析工作，成果精度可靠，符合规范要求，满足泥沙要素畅流期采集全自动的要求。畅流期测量船带动光电测沙仪施测，封冻期则人工凿冰采集水样，再到化验室分析。

4）降水。配备称重式雨雪量计，且已运行多年，具备较高的稳定性、可靠性及准确性，能实现全天候降水要素采集全自动要求。

5）蒸发。配备E601B 型蒸发器，设备运行稳定，成果精度准确可靠，满足畅流期蒸发要素采集全自动的要求。封冻期则人工观测。

6）通讯。配备信息专用传输通道3 条，常规采用4G 信道和无线电短传发送存储信息，北斗卫星小站通讯信道作为非常时期信息发送存储的应急手段，满足信息传输双备份模式。

7）视频系统。远程视频监视监控系统监测成果在站可视，信息展示直观便捷，满足规范要求。应用“视频平台”可随时调取各项监测数据，直观查看畅流期水位、展示水位、流量、降水、蒸发等要素监测成果。

2 水文监测新技术应用基础性分析

根据上诉代表站仪器设备装备及测验方法对比发现，仪器设备使用范围具有局限性，如视频看水位系统受风速、降水、雾影响较大，全年利用率较低。

2.1 水位流量测验

1）根据测站特性和功能要求，分类分级确定流量测验成果精度和监测频次控制要求，确定不同量程测验手段和方法。对水位流量关系稳定或已进行水位流量关系单值化处理的测站，可强化水位观测来实现流量的自动监测，水位逐级比测实验建立表面流速一点法关系，减少测验历时，为应用自动化先进设备做基础分析。

2）对水位流量关系不稳定的测站，可采用固定式声学多普勒流速剖面仪、雷达测速、声学时差法等实时流量自动监测。现有声光电监测技术不能满足精度要求，可结合水力学方法或通过整治河道、建设量水建筑物等手段来实现流量自动监测。对水力特性复杂、水位或流量变幅较大的测站，可根据不同变幅的水力特性要求，采用满足相应精度要求的自动测流技术，配置不同分级的自动测流装备，通过比测率定，确立水位或流量不同分级的测流方案。

3）在开展测站特性分析的基础上，运用流体数值计算模型方法等对测验河段水流流场进行数字模拟，建立流量计算模型，实现断面流量计算模型化。及时率定校核各类流量测验系数和更新实测大断面、比降、水准点校测数据，确保实测成果的精度。

2.2 泥沙测验

1）现有泥沙自动监测装备做好比测分析，适时研究泥沙颗粒级配自动分析。可通过对光学法、声学法、同位素、振动式、称重式等测沙装备的技术攻关和研发，提高泥沙自动监测技术水平。

2）通过比测率定，采用满足相应精度要求的自动测沙技术，可按水位级或含沙量配置不同分级的自动测沙装备，建立水位或含沙量不同分级的测沙方案。

3）通过对历年单断沙关系的分析，优化测验方案。对单断沙关系稳定的测站，可在单沙代表性垂线安装自动测沙装备，实现断面含沙量监测。如对含沙量较小（如小于1 kg/m3）的测站，可采用光学测沙仪自动监测；对含沙量较大（如大于10 kg/m3）的测站，可采用同位素测沙仪、振动式测沙仪、称重式测沙仪监测。

4）对于泥沙特性复杂、单断沙关系不稳定的测站，根据泥沙水流特性及工作任务制定满足相应精度要求的采样方案，采用自动采样、留样装备，在泥沙处理室开展代表垂线、测点泥沙颗粒级配与断面泥沙颗粒级配关系的分析。

3 建议

3.1 测站按类型分类别

按照测站类别分类，在充分分析流域及测站特性的基础上，因地制宜，逐站进行分类分析论证，选择可靠的监测方法和技术手段，夯实基础性工作，按站分类、科学地研究测站仪器适用程度。

3.2 借鉴测站成熟经验

在分析已有水文监测新技术应用成果的基础上，结合具体测站的具体功能和确实需求，选配先进实用、成熟可靠的水文自动监测仪器装备，借鉴新技术适用范围。

3.3 新技术应做比测实验

加强新技术应用的工作原理和适用性研究分析，切实加强仪器设备检定校准和比测率定等基础工作，完善优化流量计算模型算法，优化非接触式测验参数，确保水文监测精度满足规范要求。

3.4 按照分类站型做代表站仪器实验

在有代表性的流域、区域性实验站先行装备各类先进仪器，强化实际应用效果，对比新仪器设备监测应用范围，对比可靠性，及时总结监测成果，对比分析论证后稳步推进新仪器设备，经过实验周期和成果的一致性再列装设备。

3.5 加强技术实验和创新合作

根据流域高寒区特征无自动化仪器适用，加强与科研院所、高等院校和高新企业合作，对水文自动监测技术进行联合攻关，开展传统技术与前沿技术的融合研究，加大水文科技创新力度，提升水文监测关键技术自主可控水平。

3.6 强化技术业务培训，提高技术人才能力

水文监测新技术的应用，基础保障是技术人员的业务能力提升。加强技术应用业务培训，加强对技术标准的宣贯，规范指导监测新技术的应用。广泛开展经验总结和技术交流，加大新技术应用和操作技能的培训力度，强化水文监测新技术应用型人才队伍建设十分必要。

3.7 增加比测实验经费和科研经费投入

松辽流域高寒区水文测验具有其地域特性，流域内经济条件落后，人口外流严重，水文测站多偏僻，应落实比测实验经费和科研经费投入，保障新仪器设备比测和自主创新。

4 结语

加快水文监测新技术应用，推动流域水文现代化建设，进一步提升水文监测自动化水平。才能满足深入落实新阶段水利高质量发展的要求，通过分析松辽流域水文监测现状及目标发展，为松辽流域水文监测新技术应用提供参考。