水资源与水文监测主要差异分析研究

章雨乾 ，章树安

（1. 中国水权交易所，北京 100053；2. 水利部信息中心，北京 100053）

0 引言

我国水文监测站网经历了 4 次规模较大的水文站网规划、论证和调整工作，目前在全国基本形成了较为完整的地表水、地下水、取用水监测站网体系，为我国经济社会发展、防汛抗旱减灾、水资源管理、水生态环境保护等提供了有力支撑。但与实施最严格水资源管理制度和水利行业强监管的需求相比，还存在着服务于按行政区界水资源管理的监测站网布设明显不足，服务于华北地区地下水综合治理、生态补水等地下水站网不足；取用水监测率低，大多数据主要依靠统计上报；水资源监测有关基础研究薄弱，技术支撑能力不足等问题。因此进一步梳理与认识水资源监测需求及与水文监测的差异，补好水资源监测站网短板，提升为水利行业强监管提供技术服务支撑能力，是非常重要和必要的。

1 基本涵义与内容

1.1 基本涵义

1）水文学是研究存在于地球上的大气层中和地球表面及地壳内的各种水现象的发生和发展规律及其内在联系的学科，为地球水循环演变、相互转换关系提供科学依据，属于自然科学的地理科学范畴。应用水文学是运用水文学及有关学科的理论与方法，研究解决各种实际水文问题的途径和方法，为工程建设和生产提供水文数据、参数、分析评价、预测预报服务的专门学科，属于水利工程学科，其监测信息主要服务涉水工程建设、防汛抗旱指挥、水资源管理、水环境与水生态保护、水工程调度等。相应的水文监测，是指基于水文站网，开展的水文要素观测或调查、收集、测量水文及相关资料的作业。

2）根据联合国教科文组织和世界气象组织1988 年的定义，水资源是指可供利用或有可能被利用，具有足够数量和可用质量，并可适合某地对水的需求而能长期供应的水源，其补给来源主要为大气降水。与此相应，水资源监测则是对水资源的数量、质量、分布状况、开发利用保护现状进行定时，定位分析与观测的活动。从广义上讲就是对自然和社会水循环过程中水文要素进行监测。自然水循环主要包括降水、蒸发、地表径流、土壤水、地下水等；社会水循环主要包括对供、取、耗、排用水过程进行监测。从学科上看，水资源监测更多属于应用科学，也就是它不仅要监测或知道自然水循环水量，但更多关注是，当水具有商品属性时，其量、质的变化过程，具有很强的社会属性[1]。

由于水资源管理、调度和优化配置涉及城乡生活及工业供水，农业灌溉，发电，防洪和生态环境等诸多方面，以及上下游、左右岸、地区之间、部门之间的调度，因此，我国的水资源管理涉及面广、问题复杂、管理难度很大，与之相应的水资源监测同样是问题复杂、难度大。

1.2 基本内容

我国现阶段的水资源监测主要包括自然河道（湖泊）、输水渠道的行政区界、主要取用水户（口）、地下水，以及供水水源地与供水管道、入河（湖）排污口等的监测，监测要素主要有水量、水位、水质、水温等。SL/Z 349—2006《水资源实时监控系统建设技术导则》，对水资源实时监控测系统信息提出了较为具体的内容，主要包括 3 个部分信息资源[2]：

1）水资源信息。包括降水量、蒸发量、水位、流量、取水量、用水量、排（退）水量、水厂的进出厂水量、地下水开采量、水质等监测信息。

2）水资源工程信息。包括泵站、闸门、水电站等水利工程运行的闸位；泵站、闸门、工程机械启动停止；管道内压力等信息。

3）水资源远程监控信息。对河流断面、水源地、水厂、污水处理厂、渠道、涵闸和取排（退）水口等重要对象，实施远距离的视频监视信息；采用手工、半自动和自动等手段对重要闸门，水泵实施控制运行及运行后的反馈信息。

但是，并不是所有的水资源监测系统都具有采集以上所有信息的功能，水资源监测的核心是流量、水量、水位、水质、降水、蒸发、水温等信息。而水资源工程和远程控制信息则是水资源监控系统建设中实现水资源自动化监测必要的信息资源。所以在水资源监控系统建设中包含了上述 3 个方面信息资源。

需要指出的是，目前国内外有一些学者提出水资源应包括 3 个部分：地表、地下和土壤的水资源。但由于土壤水易蒸发或转换为地下水，在传统的水资源监测与评价中，并未将土壤水作为水资源监测与评价的一部分，在实际工作中，土壤水分监测主要作为旱情监测的内容。所以本研究所指的水资源监测主要是对地表水、地下水的数量和质量监测，不涉及土壤水分监测。

2 与水文监测的主要差异分析

2.1 站网布设的原则不尽相同

水文监测主要以河流水系为基础进行水文站网布设，遵循流域与区域相结合、区域服从流域的基本原则，并根据测站集水面积、地理位置及作用不同进行分类布设，主要体现在河流一条线上，是以流域水系控制为主。而水资源监测站网布设，除水文监测外，还涉及取用水、地下水等，由仅涉及河流的一条线到涉及工农业、生活、城市、乡村的面，是以行政区域控制为主。

水资源监测站网主要以能控制行政区域水资源量，满足以行政区域为单元的水资源管理需要为原则。SL 365—2015《水资源水量监测技术导则》提出了以下原则[3]：

1）有利于水量水质同步监测和评价的原则。在行政区界、水功能区界、入河排污口等位置应布设监测或调查站点。

2）区域水平衡原则。根据区域水平衡原理，以水平衡区为监测对象，观测各水平衡要素的分布情况。

3）区域总量控制原则。应能基本控制区域产、蓄水量，实测水量应能控制区域内水资源总量的70% 以上。

4）充分利用现有国家基本水文站网原则。若国家基本水文站网不能满足水量控制要求时，应增加水资源水量监测专用站。

5）有利于水资源调度配置原则。在有水资源调度配置要求的区域，应在主要控制断面、引（取、供）水及排（退）水口附近布监测站点。

6） 实测与调查分析相结合的原则。设站困难的区域，可根据区域内水文气象特征及下垫面条件进行分区，选择有代表性的分区设站监测，通过水文比拟法，获得区域内其它分区的水资源水量信息；也可通过水文调查或其他方法获取水资源水量信息。

2.2 站网布设的目的要求不尽相同

常规水文站网（流量站网）设站时以收集设站地点的基本水文资料为目的，主要是为防汛提供实时水情资料，通过长期观测，实现插补延长区域内短系列资料，利用空间内插或资料移用技术为区域内任何地点提供水资源的调查评价、开发和利用，水工程的规划、设计、施工，科学研究及其它公共所需的基本水文数据。常规水文测站一般需要设在具有代表性的河流上，以满足面上插补水文资料的要求，多布设在河流中部或河口处[4]。

水资源监测站设立的主要目的是满足准确测算行政区域的水资源量，满足以行政区划为区域的水量控制需要。监测站位置一般需要设在跨行政区界河流上、重要取用水户（口）、水源地等，以满足掌握行政区域水资源量的要求。SL 365—2015《水资源水量监测技术导则》提出了以下要求：

1）在有水资源调度配置需求的河流上应布设水量监测站。

2）在引（取、供）水、排（退）水的渠道或河道上应布设水量监测站、点。

3）湖泊、沼泽、洼淀和湿地保护区应布设水量监测站。可在周边选择 1 个或几个典型代表断面进行水量监测。

4）在城市供用水大型水源地应布设水量监测站。可结合水平衡测试要求，布设水资源水量监测站，以了解重要及有代表性的供水企业或单位的用水情况。

5）在对水量和水质结合分析预测起控制作用的入河排污口、水功能区界、河道断面应布设水资源水量监测站，以满足水资源评价和分析需要。

6）在主要灌区的尾水处应布设水量监测站。

7）在地下水资源比较丰富和地下水资源开发利用程度较高的地区应按 SL 183—2005《地下水监测规范》的要求布设地下水水量监测站，以掌握地下水动态水量[5]。

8）喀斯特地区，跨流域水量交换较大者，应在地表水与地下水转换的主要地点布设水资源水量专用监测站，或在雨洪时期实地调查。

9）平衡区内配套的雨量和蒸发站网应满足水平衡分析的要求。

10） 大型水稻灌区应有作物蒸散发观测站；旱作区除陆面蒸发外还应进行潜水蒸发观测。

11）大型水库、面积超过 2 万 hm2的大型灌区应具有水资源水量监测专用站。

2.3 监测要素和时效性要求不尽相同

常规的流量水文测站一般要求监测项目齐全，至少应包括雨量、水位、流量 3 个项目，有的还有蒸发、泥沙、水质和辅助气象观测项目等。传统的水文测验重点常常是洪水，对中小水特别是枯水的测验要求相对较低，频次较少，平、枯水测验成果误差相对较大。常规水文站网中，部分具有防汛功能的测站需要实时报送监测信息，其他测站一般不具有实时报送水文信息的需求。

水资源监测要素比常规的水文监测要素更广泛一些，但水资源监测的重点往往是流量。因此对平、枯水流量的测验精度和频次要求高，同时还需要考虑水量水质同步监测的需要，而对降水、蒸发、泥沙和气象等项目的测验要求相对较低。水资源监测要素还包括：1）取水量、用水量、排（退）水量、水厂的进出厂水量、地下水开采量等信息；2）泵站、闸门、水电站等水利工程运行的闸位等水利工程信息；3）泵站、闸门、工程机械启动停止信息；4）管道内压力信息；5）城市、工业的明渠管道输水测量。除此以外，为了水资源管理调度，还需要远程监控水资源信息，对一些重要水利工程和水源地对象实施远距离的视频监视信息传输，采用手工、半自动和自动等手段对重要闸门，水泵实施控制运行，并需要控制运行后的反馈信息[6]。

水资源监测对监测信息的实时性要求一般较高，要求测站具有实时向水行政主管部门及时报送监测信息的功能，其监测频次相对传统水文测验而言要求高。因此，对监测仪器设备配置和信息自动传输功能要求高，所以应优先考虑实现巡测和自动监测，并具有信息自动传输功能。

2.4 监测控制要求不尽相同

2.4.1 数据准确度要求

常规的水文流量测验，国家基本水文站按流量测验精度分为 3 类。其中流速仪法的测量成果可作为率定或校核其他测流方法的标准，其单次测量测验允许误差，一类精度的水文站总随机不确定度为5%～9%，二类精度的水文站总随机不确定度为 6%～10%，三类精度的水文站总随机不确定度为 8%～12%（总随机不确定度的置信水平为 95%）[7]。

这个水文测验的河流流量测量准确度要求已经是可能达到的最高要求，因此水资源的河流流量测量准确度要求应和水文测验要求相同。但水资源监测中的管道流量和部分渠道流量测量准确度要求可能高于河流流量测验要求。应用明渠和管道流量测量方法监测地下水开采流量，则应达到相应的准确度要求。为了达到较高的水资源流量监测准确度，对有些监测要素可能提出较高的准确度要求，如要求水位监测达到毫米级精度。此外，用于生活用水的水源地、取水口有较高的水质监测要求。对一些监测控制信息，也有较高的准确度和可靠性要求。

2.4.2 传输控制要求

水资源管理系统需要传输有关图像，以监视现场。对需要控制运行的泵站、闸门等设施，要保证能可靠控制其运行，并不断监测其工作状况。这些要求和工作特性是完整的工业自动化远程监测控制系统所需要的，和一般的信息采集传输系统有所不同。

2.5 对要素监测技术手段不同

目前水文监测以驻站测验为主，巡测和自动监测为辅，流量测验不完全要求在线监测，主要监测明渠流量；水资源监测以自动监测和巡测为主，驻测为辅，流量监测一般要求实现直接或间接的在线监测，除明渠流量监测外，还需对管流进行监测。需要时，还要结合调查统计方法，对取用水量进行调查统计，获取其相应水量。当然，从水资源监控系统建设来说，除对水资源量质监测外，还需对水资源工程和远程控制信息进行监测，这些监测更多的是采用自动监测，具体如下：

1）明渠中的流量监测是间接测量，不能直接测得流量，而是要测量水位、水深、断面起点距、流速等多个要素，然后用数学模型计算得到流量。因而流速、水位、水深、起点距成为直接的水资源监测要素。在明渠流量监测中，无论水文监测还是水资源监测，其所需监测的要素是相同，而水资源监测技术手段更趋向自动化。

2）管道流量监测一般分为满管和非满管流量监测。满管流量监测可用水表法、电磁流量计法、农用水表法、声学管道流量计法等。非满管流量监测可采用非满管声学管道流量计、堰槽法、水工建筑物法等。

3）对于水库、湖泊，需要测量其蓄水量，有些河槽蓄水量也是水资源监测要素。监测水位后可以应用水位—库容等关系得到蓄水量。

4）水质是水资源监测的重要要素，水质参数种类很多。SL 219—2013《水环境监测规范》中对河流水质，如饮用水源地、湖泊水库、地下水的水质必测和选测项目作了具体规定，都达到数十项之多，对一些特殊站点，还应加测一些项目。但常规检测并不完全分析全部项目[8]。

3 结语

本研究从水资源监测内涵角度，给出了水资源监测基本任务，重点分析了与传统水文监测的主要差异。目的是为了进一步提高对水资源监测重要性及相关技术方法认识，以期在今后工作工作中，按照“水利工程补短板 水利行业强监管”总基调要求，不断完善水资源监测站网，不断提高水资源监测现代化技术水平。从传统的水文监测逐步走向水资源监测，包括从监测自然水要素向监测自然水和社会水要素并重转变；从过去的流域水系一条线向流域和行政相结合转变，从驻测、巡测、人工监测为主向自动化和信息化监测转变，为水利行业强监管、最严格水资源管理制度实施，以及为以水定城、定人、定产提供强有力技术支撑。