巡测模式下水文线上管理模式研究

吴竞博1，杨鑫1，张洁芳1

摘要：线上管理能力是提高水文巡测水平和水文资料成果质量现代化、信息化主要手段。线上管理主要包括2个部分，一是水文巡测中监测环境、监测数据过程、操作规范性等，二是水文资料整理校核、整编流程。线上管理手段主要包括：水文监测APP、水文监测管理系统、水文资料整编系统。可以实现各级水文监测人员对监测环境、监测过程、监测成果的跟踪和检查。本文结合长江水利委员会水文局近年来水文巡测开展情况、研发的相关系统、汉江水文水资源勘测局技术创新工作等实际情况进行论述。

关键词：数字孪生；水文巡测；线上管理；水文监测APP。

水文现代化是水文事业顺应时代技术进步、服务于经济社会和水利高质量发展需求的动态建设过程，智慧水利建设中数字孪生流域、数字孪生水利工程等平台的实时可视化、动态仿真、水资源调度等均对水文监测成果有较高的根本需求[1]。水利部明确提出：推进水利现代化，要从水文现代化开始，主要包括水文监测自动化、水文预报预警预演实时化、水文信息分析评价智能化等方面[2]。水文监测站点点多面广，水文巡测已经成为全国各水文监测单位采取的主要工作模式，实时成果质量尤为重要，如何由传统的三清四随、一整二校向实时水文数据提供用户应用模式的转变，水文线上管理工作重要性日渐突出[3]。随着水文巡测开展和水文现代化技术进步，汉江水文水资源勘测局（简称：汉江局）为丹江口水库及其上游安康、黄龙滩等汉江流域水库群开展防汛抗旱、生态修复的联合调度提供了较为有利的水情技术服务，社会效益和经济效益显著[4]。

1.水文巡测现状

1.1.巡测简介

实施巡测的核心就是利用先进设备的优势应对人力资源短缺，同时也能提高水文应急反应能力，调整常规的水文测验模式，提高水文应急监测能力和水平[5]。2016年，汉江局（单位组织机构见图1）以“巡测优先、驻巡结合、测报自动、应急补充”为基本原则，全面实施了水文巡测管理，彻底改变了几十年来驻站模式，监测站点主要包括18个基本水文站、7个省界水文站、1个水库蒸发站、25个基本水位站、20个专用水位站、38个水质监测断面，分布在陕西、湖北、河南三省的汉中、安康、商洛、十堰、襄阳、南阳6个地级市（站网分布见图2）。

水文巡测基地以各水文分局为中心，根据监测点的距离、水沙特性、监测要素、技术标准等确定巡测类别，制定巡测方案，编制以测站特性、巡测路线、仪器设备操作手册、测站信息为主要内容的巡测手册。改善各分局内设结构，主要包括定期巡查、技术信息保障、仪器设备运维、综合服务四个方面，明确责任和目标，各司其职。

1.2.仪器设备

水文监测设备的自动化、智能化是水文巡测和水文现代化的奠基石。水文监测设备投产从查勘选址、设计到施工专业化程度较高，部分在线监测设备还需要开展实验性比测再进行永久性设计。多数监测断面受水利工程影响和洪水冲淤影响，水文特性时刻发生变化，后期比测难度大、周期长。

水位监测已经100%实现自动记录、传输，重要站点安装了高清视频监控，可远程监视水面及水尺读数。流量自动监测主要包括水平ADCP、超声波时差法、超声波雷达等方法。水平ADCP应用主要采用指标流速法和回归模型推求出流量过程[6]，一般安装在靠近主泓的岸边。超声波时差法目前在渠道站应用较多，如南水北调中线渠首陶岔水文站[7]、鄂北调水孟楼水文站。超声波雷达主要选择水流集中、流速分布均匀的断面，主要安装在桥梁、固定缆索上。

含沙量自线监测主要采用TES-91含沙量在线监测系统。该设备通过红外吸收散射光纤法进行测沙，可直接输出泥沙含量数据，实现实时在线监测。一般安装在单沙点或者具有断沙代表性的点上，通过建立单沙点与断面平均含沙量的关系，经比测得到断面平均含沙量。

降水量及蒸发量主要采用FFZ-01Z型数字式水面蒸发器和CJH-E1型降雨蒸发系统两套设备。FFZ-01Z型数字式水面蒸发器以蒸发计和雨量计为基本观测工具，数据采集控制终端负责计算蒸发量和溢流量，并控制水泵进行补水和溢流，实现自动化观测。CJH-E1型降雨蒸发系统通过记录观测时间内蒸发器液面高度的差值，得到蒸发量。此系统目前在黄家港水文站和丹江口水库蒸发站均有应用。

1.3.水文巡测管理

随着社会的飞速发展，公众对水文工作的需求越来越多，同时也对其提出了更高的要求。2016年，汉江局在襄阳、十堰、丹江口三个分局全面开展巡测管理。自巡测管理开展以来，在优化水文测验方案、引入自动化仪器设备、扩大水文资料收集等方面取得了显著成效，但依然存在管理制度不完善、站点巡测花费时间长、仪器设备维护不及时等问题。为解决这些问题的存在，提出精细化管理方案。

从汉江水文自身情况来看，汉江水文涉及水文测验、水环境监测、河道勘测、水资源调查评价等多个方面，同时汉江水文点多，线长，管理较为复杂，实施精细化管理是发展的必然。在此情形下，汉江局进一步完善了管理制度，精确分类、精准控制、精细分工。制定车辆、船舶、设备及水文监测环境管理等方案，提高管理精度。进一步完善分局组织结构，细化责任，各司其职。进一步推进水文技术创新工作，解决新技术适应问题，新仪器设备运行规范性问题，通过精细管理为创新提供方向和动力，推进汉江局水文现代化发展进程。

2.水文线上管理

2.1.管理内容

为推进水文监测现代化进程，提高水文巡测水平，汉江局推行水文线上管理。管理主要包含两部分内容，一是对水文巡测中测站环境、实时监测数据及设备运行情况等进行管理，二是对水文资料整理、校核、整编等流程进行管理。

水文线上管理主要通过手机客户端APP和PC客户端在线系统实现。手机客户端APP主要有水文监测APP、水文多要素平台APP、YAC遥测终端等，PC客户端在线系统主要有水文WISH系统、水文监测管理平台、水文资料整编系统等。手机客户端APP和PC客户端在线系统交互使用，深度融合。进而达到对水文观测要素实施在线监测，在线进行数字和图像的采集与处理，并与水文数据库直接对接，实现在线整编，最终提供完整、准确、可靠的水文数据成果。

2.2.水文线上管理系统组成

水文线上管理系统主要由现场监测、测验设备、通信网络、客户端几部分组成。现场测验设备为巡测人员在测站现场完成的日常测验工作提供设备保障，实时监测设备为水文要素连续不间断的监测过程提供保障，通信网络为在线监测数据的远程传输提供有力支撑，手机客户端APP主要为现场巡查人员上传数据及实时查看水情提供服务，PC客户端主要为水情值班人员实时查看水情和整编人员完成在线整编提供保障。

2.3.水文线上管理系统应用

在现场测验方面，水文巡测人员现场完成测验后，将测验数据及现场照片上传至水文监测APP，并推送给校核人员。其他人员可从APP中查看勘测局所辖站点的基本情况、测验任务、水情数据等信息。

水文多要素管理平台通过采集设备、通信网络、云平台管理几个部分，建设在线采集、远程数据处理的一体式系统。通过安装自动监测设备，现场收集各水文数据，由传输模块输送至水情云平台，实时监测各站点设备运行情况。针对数据缺失，仪器故障等情况，云平台主动示警，提示处理。除网络平台外，巡测员在测站也可通过手机app实时查看各水文数据、上报巡查结果。

在资料整理、整编方面，推出wish系统和水文资料整编系统。Wish系统和水文多要素管理平台深度融合，可在系统内完成仪器设备、水文测验等资料的录入和加工，为后期水文资料的整编提供有力支撑。水文资料整编系统建立了一套水文在线监测数据智能实时识别整编与应用系统，可实时录入测站信息、原始整编数据等，通过数据自动整编计算模块在线完成水、流、沙、雨量、潮位等资料的整编工作。作为水文监测信息的入口，在线平台向整编原始数据库输入数据，也将作为水文资料汇编的基础架构平台，实现跨省数据库水文资料在线汇交汇编。

3.水文线上管理作用

网络信息技术的快速发展为水文线上管理提供了可行性，让水文实现了远程管理，自动测报的能力，可远程对水文要素进行全天候监测，获取数字和图像多元化信息，通过云平台处理，呈现以日月年为时间单位的报表及曲线图，动态展示各监测站数据，随时掌握水文监测状况，为防汛抗旱和运行调度提供及时准确的信息，提升水文管理水平。

水文资料在线整编的应用解决了传统水文资料整编过程中耗费时间长，整编过程繁杂，成果质量时效性滞后的问题。通过软件的运行处理和分析，对收集到的大量的基础资料进行系统、科学化的汇编，做好资料储备与预测工作，大大提升了工作效率，实现了数据的统一管理。真正做到了水文信息的“测、算、报、整、管、服”全流程在线一体化。完成了水文资料整编工作由“日清月结”到“实时智能”的转变。

4.发展趋势与思考

水文站巡测工作是水文基层测站管理体制的重大改革，随着社会的发展和科技的进步，水文线上管理的重要性不言而喻，基于此，在未来发展中一是需要提高水文自动化监测水平，加强数据现场采集和远程传输能力，保证水位要素数据的准确性；二是需要深化水文精细化管理，落实管理责任，将责任具体化，明确化；三是需要加强技术创新及应用，实现水文与信息技术等多种学科的交叉融合，提升水文监测现代化水平；四是需要完善应急监测体系，加强应急专业队伍建设，提升水文应急监测能力。

5.总结

水文线上管理模式是在水文巡测的基础上衍生出来的一种新的管理模式，该模式依托众多水文要素在线监测设施设备，基于先进稳定的通信网络技术，结合自主研发的各种APP和在线系统，能够真正实现数据图表的可视化，实现在线监测数据的全天覆盖和即时查看，进一步推进水文资料整编工作的便捷性和时效性。

水文线上管理模式目前刚刚起步，依然处于初级实验性阶段，在新的形式下，水文监测技术还需要不断的创新，因地制宜开展流量、泥沙等自动监测试点应用，全面推进水文多要素的自动化监测，进一步完善管理流程，提高管理能力，为智慧水利建设不断赋能。

参考文献：

[1] 王云鹏等, 智慧江汉平台的建设思路与思考. 水利信息化, 2021(06): 第16-21页.

[2] 钱名开, 以数字孪生淮河建设引领淮河保护治理事业高质量发展. 中国水利, 2022(08): 第36-38页.

[3] 唐金武, 水文巡测管理存在的问题与解决对策. 陕西水利, 2020(10): 第172-173页.

[4] 丁洪亮等, 丹江口-王甫洲区间生态调度认识与实践. 人民长江, 2022. 53(03): 第74-78页.

[5] 于彦敏, 宁安市水文巡测方案综述. 黑龙江水利科技, 2021. 49(11): 第73-75页.

[6] 刘墨阳,蒋四维,林云发,张生稳,晋涛,黄迎春,兰蓓蓓,周晓英,蒋飞卿,童冰星,周文静.复杂水情下H-ADCP流量在线监测推流方法[J].水利水电科技进展,2022,42(02):27-34.

[7] 邓山,赵昕,张莉,吴琼,左建.南水北调工程陶岔站时差法流量计推流技术研究[J].人民长江,2022,53(04):86-90.DOI:10.16232/j.cnki.1001-4179.2022.04.014.