黄河流域流量测报方式分析

拓展翔，史小芹，赵三峡

（1. 黄河水利委员会水文局，河南 郑州 450004；2. 黄委中游水文水资源局，山西 晋中 030600；3. 黄委三门峡库区水文水资源局，河南 三门峡 472000）

黄河流域流量测报方式分析

拓展翔1，史小芹2，赵三峡3

（1. 黄河水利委员会水文局，河南 郑州 450004；2. 黄委中游水文水资源局，山西 晋中 030600；3. 黄委三门峡库区水文水资源局，河南 三门峡 472000）

借助黄河流域水文站网普查材料，利用统计学方法，对黄河流域流量测报方式进行分析。结果表明，流量测验分为全年驻测、汛期驻测、巡测等方式，其中全年驻测站最多，占测站总数的 63.1%。水文站 Z - Q 关系多数为非单一的线性关系，流量自动测报水平比较低。水文巡测是拓宽流量资料收集范围的一种有效方式，是逐步实行“站网优化、站队结合、分级管理、精兵高效、技术先进、优质服务”工作模式的必由之路。黄河流域应努力创造条件开展流量巡测，并尽可能在流量测报中应用最新技术成果。

流量测报；驻测；巡测；水文站；模式

水文服务于社会的水平在很大程度上依赖于水位、流量、泥沙、降水等水文信息采集方式的能力[1]。在科技和信息技术飞速发展的大背景下，黄河流域水文信息采集、记录和传输方式经过多年来的改造升级，自动化程度得到了快速发展。相对而言，流量信息的采集环节多、影响因素复杂，新技术、仪器研发难度大，且成本较高。总体来看，流量信息仅在传输方式上有所发展，采集和记录仍多为人工方式，自动化程度远不及水位和降水项目。但是，流量是水文测报工作的一个重要项目，尤其是洪水流量数据是防汛决策的主要依据，枯水流量数据是抗旱决策的主要依据。黄河流域既有水资源短缺的特点，也有洪水多发危害严重的特点，因此，流量测报对服务黄河流域社会经济发展意义重大，分析流量测报方式，有利用提高测报技术的发展，提高自动化水平。

1 流量测验方式

黄河流域现有 453 处水文站，测验方式主要包括全年驻测、汛期驻测和巡测 3种方式，结构如图1所示，其中全年驻测站 286 处，占测站总数的63.1%；汛期驻测站 118 处，占测站总数的 26.1%；巡测站 49 处，占测站总数的 10.8%。这些水文站断面中有 377 处为非单一的 Z - Q 关系，即 1个水位值对应 2个或多个流量值。此类断面仅靠水位信息难于判断和把握确切的流量变动信息，需要根据流量变化布设流量测次，且对流量测验的时机要求严，不易实施巡测。

图1 黄河流域水文站测验方式结构

Z - Q 关系线是否单一是能否实施流量巡测的重要依据。单一 Z - Q 关系线在一定的水位值仅有唯一的流量，连续观测或有效控制水位，就可推得可用精度的对应流量，满足有关需求[2]。流量测验的同时观测水位主要检验 Z - Q 关系线，对流量测验的时机要求不严，可以实施巡测。

经统计，黄河流域内 Z - Q 关系单一的水文站有76 处，其中 31 处为非报讯站，占 Z - Q 关系单一测站数的 41%；45 处为一般报讯站，占 Z - Q 关系单一测站数的 59%。有 50 处测验断面积累了 40 a 以上的实测资料，这些测站经资料统计分析可实行常年巡测、汛期驻测或间测（即按《水文巡测规范》指标要求，对流量测验实行间测，即停 2 a 测 1 a 或停5 a 测 1 a ）。

黄河流域 Z - Q 关系单一的 76 处测站仅占全部测站的 17%，大面积推行巡测受限制。从统计情况来看，越来越多的水文站受水利工程建设的影响，原先 Z - Q 关系单一的水文站水沙特性发生较大改变，关系线可能不再单一，今后应对 Z - Q 单值化做深入研究，以便增大巡测力度。

2 流量测报技术

2.1 流量测验信息采集设施配置情况

黄河流域现有流量信息采集断面 480 处，其中，缆道测流 215 处，占采集断面总数的 44.8%（自动控制缆道 10 处，占采集断面总数的 2%；机动电动缆道 58 处，占采集断面总数的 12%；手摇缆道 27 处，占采集断面总数的 6%；缆车或吊箱缆道 120 处，占采集断面总数的 25%）；测船测流 41 处，占采集断面总数的 8.5%（机动测船 8 处，占采集断面总数的2%；非机动测船 33 处，占采集断面总数的 7%）；水工建筑物测流 23 处，占采集断面总数的 4.8%；其它方式测流（即浮标、ADCP、微波测流仪、电波流速仪、测流槽测流）201 处，占采集断面总数的41.9%。信息采集设施配置如图2所示。

图2 黄河流域流量测验信息采集设施配置

经验表明，缆道渡河测流有许多优势，并且与之配套的循行控制、信号采集等系统都有长足发展，在条件具备的水文站均可采用缆道测流。测流堰槽等水工建筑物测流方式也应继续深入研究，并结合巡测推进。

2.2 流量测验信息采集记录设备配置情况

黄河流域流量测验信息采集记录设备全部以流速仪配置为主，兼有 ADCP 测流设备，在遇大洪水或水面漂浮物较多时或枯水期间亦配置浮标、非接触式微波流速仪等设备。

以测站为单元，在水深、起点距、流速等流量测验信息采集和记录过程中，若其中的一项或多项为人工操作，则该站的流量测验方式按人工观读统计。以此为判断条件，目前黄河流域仅有白马寺等少数水文站实现了流量测验的自动化，仍有约 96%的水文站流量信息采集和记录为人工观读，尽管其中约 6 成水文站的流速仪信号和历时为自动采集、记录，但流量测验信息采集和记录自动化水平比较落后，亟待加强新技术、设备的引进推广与应用，提高流量测验自动化水平。

2.3 流量测验信息传输设备配置情况

目前，黄河流域信息传输方式主要依靠人工数传，人工数传即数传电台（Radio Modem），又称无线数传电台或模块，是指借助数字信号处理（DSP）和无线电技术实现的高性能专业数据传输电台，部分站受条件限制，仍保留传统的人工话传（电台、电话）模式。近年来随着电子网络的快速发展，无线公网和卫星平台信息传输方式也在强势增长。根据黄河流域实际情况，在快速发展卫星通讯等高端技术在流量信息传输中占主导地位的同时，也适度保留或开拓其他备份信息通道，以确保任何情况下的水文信息畅通。

3 流量巡测技术与管理变革

3.1 流量实测新技术

流量测验技术近年来进展较快，如自动化缆道、ADCP、微波流速仪等技术。走航式 ADCP 可以在渡河装备的配合下较快地实测流量，固定式 ADCP可以固定在岸边自动监测预定流层一定宽度的特征流速，通过建立的特征流速与断面平均流速关系，再结合相应过流面积计算断面流量。若测站断面和水流条件具备，可利用这些技术，按照预设条件及时自动实测流量，达到流量测验过程的完整监控。

水面电波流速测量仪器发展也较快，能够在断面线或滑动多处定位监控断面确定水面点的流速，通过建立特征流速与断面平均流速的关系，并配合水位、水深等同步观测，结合相应过流面积计算断面流量。微波流速仪在一些测站已开展试应用，其系数是流量测验中的重要参数，应严格按照有关技术规定试验确定。

3.2 水文基地建设现状和目标

黄河流域站队结合始于 20 世纪 80年代，流域内共有 37 处站队结合基地，分别以水文分局、勘测队和水文中心站的形式组建。这些站队分布在黄河流域的不同地区，形成了以平原区、山丘区、经济发达区等多种管理模式并存的发展格局，其中，测验方式实现了由常年驻测向巡测、遥测、间测和委托观测（即对当地群众进行适当专业培训，支付少量经费，委托观测水位、雨量资料）的转变；人员管理实现了由分散在水文测站向集中到水文勘测基地管理的转变；水文服务实现了由单纯的测、整、报向全面的社会化服务转变[3]。管理模式的变革，为流域水文监测工作的高效运转发挥了重要作用。

水文巡测可以有效发挥灵活机动的优势，弥补水文水资源监测系统中的定位观测所不能完成的工作，拓展水文信息的收集范围，为社会提供优质服务。为了促进水文体制改革的持续进行，逐步实行“站网优化、站队结合、分级管理、精兵高效、技术先进、优质服务”，黄河流域应努力创造条件，广泛开展巡测工作。

3.3 水文站队结合发展前景

站队结合是对基层水文生产方式和管理体制的综合性改革，用先进的科技手段和方法，在现有水文站网和职工队伍的基础上[4]，分片组合成立勘测队或巡测队，改变传统的单一驻守观测方式，实行驻测、巡测、间测和委托观测、水文调查，以及工程控制法、水力因素法相结合的站队结合方式，完成测区内的水文水资源信息采集、传输、处理，最终实现决策支持自动化即“数字水文”，提高工作和经济效益，为防汛、抗旱、水资源开发利用提供快捷及准确的水文信息服务。

站队结合的管理模式还可以为基层测站人员在城市里提供一个相对集中的工作生活场所，体现“以人为本”的水文可持续发展思路。有汛情时专注野外监测；无汛情时，一方面开展技术培训，提高职工业务技能，另一方面加强对所采集和积累的水文信息资料的分析研究，深化水文产品的质量。

结合黄河流域水文站、水位站、雨量站网站点多，自动化程度低，人员少等问题，黄河水利委员会水文局鼓励创新发展，尤其是通过制定《水文站测验方式优化方案编制技术导则》，统一全黄河水文测验优化方案和技术要求，推进水文站优化测验方式，在确保水文测验质量持续提高、服务项目不断完善的基础上，达到降低基层职工劳动强度和水文站管理成本的目的。在未来站网规划时，应考虑通过驻测、巡测和间测有机结合，完善区域巡测、间测工作，通过实施水位、雨量等水文信息的自计和遥测，逐步实现水文站的“有人看管，无人值守”的工作模式。

4 结语

水文巡测是把基层偏远分散的测站和测验人员从长期封闭直至终老驻守的现状中解放出来，通过相对集中，开展培训，提高测验分析的技术含量，改善基层测站人员工作和生活水平，实现水文水资源监测系统中定位观测所不能完成的工作，有效发挥巡测灵活机动的优势，拓展水文信息采集范围，为经济社会发展提供水文信息服务。

黄河流域水文站断面 Z - Q 关系多数为非单一关系，但流量信息的采集影响因素较为复杂，相关新技术和仪器并不十分成熟，且流量自动测报水平比较低，亟待开展深入的探索与实践，以提高自动化水平。

对于设站已达 40 a 以上的单一曲线断面，应采取“有人看管，无人值守”的测验方式，以解决人员不足，生活条件差的问题。在城市里为测站人员提供一个相对集中的工作生活场所，采取轮流培训方式提高业务水平，由点带面扩大流域面信息采集的模式转变。

水文巡测是测验方式的重大改革，是拓宽资料收集范围的一种方式，是逐步实行“站网优化、站队结合、分级管理、精兵高效、技术先进、优质服务”工作模式的必由之路。黄河流域水文应努力开展流量巡测，并尽可能使新技术在流量测报中应用、完善。

流量测验技术近年进展较快，建议在流量测验方式和有关测验设备、测报技术方面加强研究，以改善黄河流域流量测报技术水平相对偏低，测报方式相对落后的局面。

[1] 拓自亮，王怀柏，吉俊峰，等. 黄河流域水文站网布设控制目标分析[J]. 人民黄河，2011，33 (9): 14-15.

[2] 张家军，拓自亮，郭德成. 受水库调节影响的代表垂线法测流应用研究[C]// 第十二届中国科协年会第11 分会暨全球气候变化与气象水文海洋观测研讨会论文集. 福州：中国仪器仪表学会气象水文海洋仪器分会，2010: 88-92.

[3] 黄河水利委员会水文局. 黄河流域水文站网普查与功能评价[R]. 郑州：黄河水利委员会水文局，2011: 90-91.

[4] 林来照，吉俊峰，拓自亮，等. 水文站网布设方法在黄河河源区的应用[J]. 水文，2012，32 (5): 53-56.

Analysis of flow measurement and forecasting methods in Yellow River basin

TUO Zhanxiang1, SHI Xiaoqin2, ZHAO Sanxia3
(1. Hydrology Bureau of Yellow River Conservancy Commission, Zhengzhou 450004, China; 2. Hydrology and Water Resources Bureau of the Middle Reaches of Yellow River, Jinzhong 030600, China; 3. Hydrology and Water Resources Bureau of Sanmenxia Reservoir Aarea of Yellow River Conservancy Commission, Sanmenxia 472000, China)

With the help of the Yellow River basin hydrological station network survey materials, using statistical methods, this paper analyzes the Yellow River basin flow measurement and forecasting methods. The results show that flow measurement methods are divided into the annual stationary gauging, the flood season stationary gauging, tour gauging and other ways. Among them the annual survey stations are the largest, accounting for 63.1% of the total number of stations. Most of the Z - Q relation of hydrologic stations are not a single linear relationship. Flow automatic measurement and forecasting level is still relatively low. Hydrologic survey is an effective way to broaden the flow data collection, and the only way to gradually implement the work model which includes station network optimization, station and team combination, classification management, picked troops and efficient, advanced technology, quality service. Yellow River basin should strive to create conditions to carry out the flow survey, and APPly the latest technology as far as possible in the flow measurement and forecasting.

flow measurement and forecasting; stationary gauging; tour gauging; hydrological station; model

P332.4

A

1674-9405(2017)01-0037-04

10.19364/j.1674-9405.2017.01.009

2016-09-01

拓展翔（1982-），男，陕西延安人，硕士，主要从事水文测验研究与水文仪器研发及推广应用工作。