黄河水文现代化发展思考与展望

谷源泽

（黄河水利委员会水文局，河南郑州450004）

自1919年在干流设立陕县、泺口水文站伊始，黄河水文历经百年发展，在水文站网规划布设、水文监测、水文情报预报及信息服务等方面取得了巨大成就。尤其是近年来，聚焦服务黄河治理开发，不断深化水文改革，强力提升水文测报能力，持续推进水文现代化建设，大力开展水资源、水环境、水生态、水灾害监测、预测预报和分析评价等工作，为流域治理开发与管理提供了重要基础支撑。

1 黄河水文发展现状

1.1 基本建成现代水文站网体系

1919年在黄河干流设立陕县、泺口水文站，1933年又增设柳园口和支流部分水文（水位）站，到1955年底，通过恢复和新建一批水文测站，水文基本骨干站网得以构建。此后，又经数次整顿和调整，水文站网不断充实完善。截至2018年年底，全河已建委（黄河水利委员会）属水文站143处（其中基本站118处、专用站8处、渠道站17处）、水位站85处、雨量站776处、试验站6处等，基本水文站网与区域经济发展、水利工程建设格局、黄河水沙时空分布基本一致，布局基本合理，基本建成与流域防洪减灾、水资源管理和经济社会发展相适应的现代水文站网体系。

为满足中下游防洪及科学研究需要，在黄河中下游水库、河道及黄河三角洲附近海区布设淤积测验断面808个，初步建成了较为完善的淤积测验体系。

1.2 水文监测能力大幅提升

依托基本建设和财政专项，装备了一批具有国际、国内先进水平的水文测验仪器设备，测验自动化水平大幅提升。全河基本实现畅流期水位自记、液态降水量自动测报；多普勒流速剖面仪、电波流速仪等现代化测流仪器在全河得到初步应用，低水测流堰槽正在推进建设，流量测验现代化水平逐步提高；同位素测沙技术取得突破性进展，激光粒度分析仪在泥沙颗粒级配分析中得到全面应用；GPS、全站仪、回声测深仪、无人机、卫星遥感影像监测技术和无验潮测验技术等先进测量仪器设备、技术，在水库、河道、河口河势观测和滨海淤积测验中得到普遍应用。

为提升测报效率，持续深化水文测验方式改革。在科学分析的基础上，36个水文站实现测验方式优化，为确立驻测、巡测和间测相结合的管理模式走出坚实步伐；组建了黄河流域应急机动测验总队和三个支队，装备多波束测深系统、无人机航测系统、三维激光扫描仪等新技术新设备，开展有针对性的实战演练，应急监测能力不断增强。

1.3 预测预报能力显著增强

围绕治黄需求，积极探索现代预报技术，不断丰富预报手段：开发建设了黄河流域中尺度气温预报模式和中尺度暴雨预报模式，实现气温和暴雨数值预报，为黄河流域定量定点气温和降水预报提供了重要依据；黄河小花间（小浪底—花园口区间）暴雨洪水预警预报系统持续发挥重要作用；建立黄河洪水预报系统，预报站点向支流延伸，进一步拓展黄河洪水预报范围和能力；全面开展上游地区降雨径流预报、水资源和凌情预测预报等工作；初步建立黄河中下游干流重要水文站泥沙预报方案，开展龙门、潼关站含沙量的试预报；研发基于水文学和热力学方法的冰凌预报模型，实现了宁蒙河段主要水文站的流凌、封河和开河日期预报。及时、丰富的气象、洪水、径流、泥沙、凌情预报信息，为黄河防洪、防凌、水资源及水工程管理提供了有力的技术支撑。

1.4 信息服务水平全面提高

结合行业发展和信息化技术发展现状，初步建成以北斗卫星、水利卫星、计算机网络和移动通信相结合的水情报汛通信网络，实现全流域雨水情实时传输，报汛能力显著增强。报汛站由2010年的828处增加到2018年的2 960处，信息量由9.5万份增至1 600万份，30 min到报率始终保持在98%以上。基本建成覆盖全局的计算机广域网络，各类水文信息传输时效明显改善，在防汛抗旱工作中发挥了重要作用。

依托计算机网络平台，建设了实时水雨情数据库、历史水文数据库、气象数据库等，开发了较完善的开放式水文数据库应用系统，实现了全河雨水情信息共享，确保水文信息服务的便捷和高效。更新气象信息新一代人机交互系统，研发了黄河水情查询与会商系统、水情可视化支持系统、水情手机短信、手机APP水情查询系统等，为黄河防汛抗旱和水资源管理提供了及时、准确、全面的决策信息。

2 存在的主要问题

水利部明确提出了“水利工程补短板，水利行业强监管”新时代水利改革发展总基调，黄委确立了“规范管理、加快发展”总体要求，水文作为水利和经济社会发展的重要基础工作，迫切需要提供更全、更快、更准的水文水资源监测数据和内容丰富、形象直观的服务产品，深化水文监测改革、加快推进水文现代化已成为满足新需求的必由之路。对照新时代新形势新要求，黄河水文发展仍不均衡不充分，现代化程度仍然不高，服务支撑能力依然有限。

2.1 站网布局与功能方面

河源区站网偏稀，难以对区域水文要素变化实施全面有效监测；宁蒙及中游骨干节点水库站点布设仍不完善，不能完全满足防洪防凌对预测预报成果精度的要求；河口附近海区潮位站体系尚未建立，难以满足河口冲淤演变机理研究和生态治理等的需求；水资源监测站网布局尚存空白点，不能完全满足江河湖泊、水资源、水工程、水土保持等“强监管”工作对水文的需求。

2.2 水文信息感知方面

受黄河特殊水沙条件制约，实时在线及自动监测能力仍然不足，包括多普勒流速剖面仪、非接触测流、泥沙在线监测等新技术、新设备应用仍存在瓶颈，部分设备的应用研究与对比试验不深入，很多水文站仍采用传统方式；冰期水位、流量、凌情自动监测技术仍未有效突破；遥感影像应用能力不足，凌情巡测仍然依靠人工或无人机短距巡测；视频监测尚未实现全部站点的全覆盖；水文局直管水质断面中，只有1处实现自动在线监测，水质信息观测的时效和频次难以满足水环境管理要求。近年虽然优化了部分测站测验方式，但多数测站仍然固守断面驻测，测验方式、管理模式改革仍需大力推进。

2.3 水文信息传输处理方面

多数测站已接入有线网络，但水文站、勘测局仍存在带宽不足的问题，不能满足水文信息实时在线处理特别是视频监测的需求。水文站自动或人工采集数据尚未有效实现自动处理，测站、勘测局、基层局在水文数据处理能力上存在软硬件不足，自动化、智能化处理水平不高的问题。

2.4 应急监测能力方面

当前，黄河流域（片）应急监测主要依托总队和支队开展，勘测局一级应急监测作为快速突击的角色功能定位尚未确立，人员、技术、装备力量薄弱，对支队和总队的支撑有限；应急监测支队现有装备仅限于感知端，现场数据传输、处理能力弱，时效性差，迫切需要加强；应急监测总队仪器设备日趋老化，与信息化要求和新时代需求差距较大，急需强化。此外，随着巡测车辆停止配备，各级应急监测队机动能力明显降低。

2.5 水文预测预报及信息服务方面

上游预报站点信息不足，存在空白区；宁蒙河段冰凌预报研究仍不能完全满足实际生产需求，对冰情的变化规律和生消机理深入研究不够；中游超渗产流区预报能力薄弱，泥沙预报还处于起步阶段；下游漫滩洪水演进规律研究与实际防汛要求仍有差距；支撑预测预报的黄河流域基础地理信息数据库尚未建设。水文业务与信息化技术融合程度不高，服务手段较为单一，服务产品种类有限，服务范围有待拓展，还不能完全适应治黄生产需要和流域社会经济发展要求。

3 黄河水文现代化发展思路

目前黄河水文发展最大的短板是测报自动化水平不高，应聚焦这一“短板”，明确目标，探索发展方向和技术手段，实现一“点”突破，带动全局发展。

3.1 发展基础

近3 a来，黄河水文围绕测报能力提升，引进研发一批基于声、光、电等技术的先进监测设备及配套软件，积极探索并应用于黄河水沙测报实践，在民和水文站装备了雷达水位计、雷达在线测流系统、同位素泥沙在线监测等设备，实现水位、流量、泥沙、降水、蒸发等“7+1”要素在线监测；侧扫雷达、H-ADCP、无人遥控ADCP流量监测系统等已在部分测站使用；卫星影像解析、无人机航测、三维激光扫描、多波束测深等空天地立体测绘体系初步构建，成功抢测小浪底空库地形、河口段河势实现卫星影像监测、无验潮技术在河口滨海区淤积测验中使用；试点建设了宁夏勘测局远程测控中心，初步实现水文站测验信息的自动采集、远程控制；搭建黄河水文综合管理平台，实现对多要素、多类型设备监测数据的集中接收、处理、查询、监控等管理功能，初步实现了全河水文一个系统一站式登录查询、会商、分析、监测功能；侧扫雷达测流、侧扫声呐水下地形测绘、视频水位流速图像解析观测试验成功，这些宝贵的试验研究成果为黄河水文现代化建设积累了必要的技术储备。

3.2 发展目标

坚持问题导向，广泛采用先进技术设备，深化测验模式改革，补齐补强水文站网、测报、预测预报和服务“短板”。构建布局合理、功能完善的水文站网体系，技术先进、高效可靠的水文监测体系，方案科学、准确及时的水文预测预报体系，智能多样、方便快捷的水文信息服务体系，实现监测手段自动化、信息采集立体化、数据处理智能化、服务产品多样化，打造“智慧水文”，为流域“强监管”提供高效支撑。

3.3 发展思路

对照目标要求，借鉴近3 a测报能力提升成果，提出如下发展思路。

（1）发展考核指标。测站测验方式逐步实现自动测报、远程测控，充分利用现代技术手段，实现水文要素观测的自动化，通过视频监测建立水文测控中心，实施异地远程监测；测验方式实现驻巡结合、巡测优先，对具备条件的测站全面实施巡测，彻底改革测验方式；管理模式实现有人看管、无人值守，实现观测人员的解放。水文测控中心实现远程控制、实时监测、自动报汛、分析整编、巡测维护等功能，形成“测站主测、中心主算、机关主管”新格局。

（2）发展技术途径。依靠思维创新、体制创新、机制创新和科技创新，推行“互联网+”水文深度融合，利用自动化、信息化、智能化水文监测、传输、处理新技术、新方法，分类制定测验方案。小河站、区域代表站实现水文要素的自动采集、远程测控并与巡测相结合，实现无人值守；有特殊要求的大河干流控制站、省界站等难以巡测时，实行人员轮流值守，但工作内容仅限于现场获取原始测验数据，水文分析计算、报汛、整编等工作全部集中到水文测控中心，最大限度将一线水文职工从艰苦的环境中解放出来。

（3）完善管理模式。管理要求与技术措施并举，施行“一站一策”。逐站梳理设站目的、功能定位、水沙特性，合理确定测报要求与测验任务，打破传统观念桎梏，立足水文现代化，改革测验方式，优化测验方案，装备基于互联网的先进、可靠的设施设备及软硬件，使测站实时水文数据源源不断自动“流”向测控中心，“流”向国家需要的地方。

（4）构建“扁平化”组织架构。基层测站人员大幅上收，以勘测局为支点，重点构建集测区水文测验远程测控，数据接收、分析、处理，各类关系建模、自动报汛、水文资料实时整编、大数据挖掘服务等工作于一体的水文测控中心，充实人员技术力量；优化机关一级人员结构，对中心予以业务指导。

4 推进现代化的重要举措

4.1 补充完善水文站网布局

强化黄河及黑河流域省界站网功能建设，加快河源水文监测空白区站网布局，完善扎陵湖等流域内重要湖泊站网，拓展黄河防洪重点区域河道淤积测验体系建设，增设骨干节点工程出库站及重要引退水口空白点监测站，推进黄河口附近海区潮位站体系建设。根据站网功能与需求，扩大监测范围、拓展监测项目、细化监测内容，以满足流域“强监管”要求。

4.2 提挡升级基本测站监测能力

立足监测手段自动化和信息采集立体化，推行“一站一策”建设方案。气象、降水、蒸发、水位、水温等观测全部实现在线自动测报，辅以视频远程监控。分类逐站确定流量泥沙测验升级方案，针对暴涨暴落的山溪河流测站，优先通过工程措施实现低水单值化在线测报，中高水装备雷达波类设备实现在线监测；对于含沙量不大、河床稳定、有一定基流的站点，优先装备H-ADCP等设备实现在线监测；对于大河站点，充分论证先进设备的适用时段，尽可能增加在线或自动监测天数；对于实现在线困难的测站，升级改造远程缆道控制系统，远程操控流量监测；重要泥沙监测站在做好代表线选取的基础上，合理装备泥沙在线监测设备；为无人值守和轮流固守监测创造条件。此外，依托关键站点组建前线应急指挥中心，实现权限内各类站点水情信息畅通展示，满足前线指挥会商决策需要。

4.3 拓展充实水文“中心”功能

赋予勘测局作为水文测站测控中心、工况监管中心、运行维护中心、水文分析计算中心、水情分中心、水质监测分中心、视频会商分中心、水文应急及机动测验分中心等新的功能定位，装备测控设备、视频设备、网络设备、会商设备、巡测和应急监测设备以及应急后勤保障设备等，完善水情传输、接收、纠错、综合处理、查询、交换、预报、发布等业务软件平台，全面拓展充实勘测局“中心”功能，满足黄河水文发展需求。

4.4 探索改进水文预测预报方案

加强气象、洪水、泥沙、径流、冰情预报技术研究，建设黄河源区基于物理机制的分布式水文模型和无资料地区洪水预报应用模型，建立河三区间（河口镇—三门峡区间）降雨径流模型和分布式水沙模型，开展二维水沙模型在实时洪水作业预报中的应用研究，建立中尺度气温预报模型以及以水动力学、热力学等物理方程为基础的内蒙古河段冰凌预报数学模型。做好水文基础研究，不断探索水沙规律，为流域管理决策提供依据。

4.5 提质增效水文信息服务水平

深化“互联网+”与水文融合，将云计算、区块链、5G等信息化发展成果融入测报业务及服务全过程，加快建设覆盖全测区、贯穿各环节的水文业务综合管理平台，拓展信息查询、远程会商及监视测控等功能，实现水文要素采集传输、自动报汛与在线整编全过程的信息化，洪水、泥沙、冰凌、径流等水文水资源预测预报的智能化，水文信息服务产品挖掘延展的多样化，为流域综合管理和经济社会发展提供内容丰富、形象直观、快速高效的水文信息服务。

5 展 望

黄河水文测报工作从建站伊始拼人拼力，到近期实现自动半自动化，再到当前逐步推广在线监测，已走过百年，但一线职工与青山为邻、与河川为伴的驻守环境仍无明显改观。推进水文现代化，满足基层职工对美好生活的向往，已成为当代黄河水文人的奋斗目标和使命。为此，黄河水文必须立足流域管理、服务流域经济社会发展需求，密切跟踪最新科技发展成果，产学研结合，与时俱进不断改革测报方式与管理模式，努力构建以水文信息采集自动立体化、传输网络化、处理智能化、服务多样化为表征的水文现代测报体系，持续推行自动测报、巡查验证、机动运维相结合的水文运行管理新模式，形成“测站主测、中心主算、机关主管”的水文测报工作新格局，实现“智慧水文”愿景，为流域“强监管”和经济社会发展提供坚实的基础支撑。