对黄河流域水文站网布设的调研与思考（李国英）

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对黄河流域水文站网布设的调研与思考（李国英）　　黄河水文是治黄理论研究与探索实践的基础和支撑，具有“侦察兵”的重要职能。随着流域经济社会的快速发展和维持黄河健康生命实践的不断深入，黄河水文的业务范围需要进一步扩展，从传统的“测报整算”扩大到黄河防汛、水资源管理、水土保持、水质监测等治黄业务工作的各个方面。为此，未来黄河水文站网的总体布设必须满足黄河治理开发与管理的新需求，对现有水文站网作相应的技术调整和功能强化。一、水文站网的主要功能与作用 　　水文测站是在流域内设立的，按一定技术标准经常收集和提供水文要素的各种水文观测现场的总称。按目的和作用分为基本站、实验站、专用站和辅助站；按观测项目分为流量站、水位站、泥沙站、雨量站、水面蒸发站、水质站、地下水观测井等。水文站网是在一定地区，按照一定原则，用适当数量的各类测站构成的水文资料收集系统。由基本水文站组成的水文站网，是基本水文站网。 　　水文测站和水文站网的功能主要包括:(1)按规定的精度标准和技术要求，收集设站地点的基本水文资料；监视降水、流量、泥沙、水质、地下水等动态，为防汛、水库运行等提供实时水情信息；(3)得到相关水文要素的空间分布信息或地带分布规律；插补延长网内短系列资料；利用空间内插或资料移用技术，在网内任何地点，能为环境保护，水资源的调查评价、开发和利用，水工程的规划、设计和施工，科学研究及其他公共需要提供基本数据；依靠各类单项站网结构，提高水文站网的综合社会效益和经济效益。 　　因此，水文测站和水文站网的作用主要是通过收集和累积水文资料，监测水文要素的动态变化，为摸清流域降水、蒸发、洪水、径流、泥沙等水文要素的基本特征，分析探索水、沙量等要素变化的基本规律和水文循环规律，进行水资源调查评价，建立水文模型，开展实时水文预报，计算河流的水账和沙账等服务，为防汛抗旱、洪水管理、水资源管理、水行政执法、水土保持、水质监测、水利工程规划建设运行等提供基本依据和支撑。 二、水文站网布设的传统与规范 1.水文站网设置规范 　　1992年5月，水利部发布实施了《水文站网规划技术导则》，对水文测站和站网的设置进行了技术规范。依据导则，水文测站的布设要通过站网规划、站网建设、站网调整等步骤循环进行。水文站网规划和水文站点布设规定的基本技术路线是：进行水文分区、确定站网密度、选定布站位置、拟定设站年限、各类站网协调配套、制订实施方案。 　　在确定站网密度方面，导则规定，首先建成容许最稀站网，然后根据需要和可能，逐步发展并优化站网。力求在适应经济发展水平的投入条件下，使站网的整体功能最强。 　　在站点位置选择方面，导则也有所规定。以流量站为例，对大河控制站，导则要求任何相邻两站间的流量特征值要保持适当的递变率，测站要满足重要城镇和重要经济区的防洪，水资源调查评价、开发利用及水工程规划、设计、施工的需要，大型湖泊、水库调蓄的需要，出入国境处、入海处、大支流汇入处，适当考虑省交界处。小河站布设考虑收集小面积暴雨洪水资料。区域代表站用于控制流量特征值的空间分布，通过径流资料的移用技术，得到水文分区内无流量站河流径流特征和过程。对不同规模的水库，导则也规定了设站的相关内容。 　　毋庸置疑，导则的发布实施，对于水文站网的规划建设起到了积极的推动作用。就黄河流域而言，一些地区的水文站网由无到有，从有到强，获得了长足发展。但从流域管理的角度看，总的感觉是，导则在控制性因素方面更多地考虑了地区的气候、水文特征、河系的完整性、自然地理条件等自然因素，对社会和生态等因素考虑相对较少。在生产层面上，偏重于满足大河干流的防汛、水量平衡和大型水库的运用，同时，对经济社会发展可能对水文站网产生的影响考虑得相对较多，但对水文站网如何适应经济社会发展和河流开发治理提出的新需求考虑相对较少。据此布设的水文站网尚不能完全满足流域综合管理的要求。即便如此，在我国北方地区，许多地方的水文站网目前仍维持在导则推荐的容许最稀站网水平，有的甚至没有达到该水平。 2.黄河流域水文站网发展现状与不足 　　1915年黄河流域开始设立第一个现代水文站，20世纪50年代初期形成比较完整的水文工作体系，1956年开始进行第一次水文站网规划，其主要工作任务：一是为大规模的国家建设提供基本的水文资料；二是为流域防洪提供水文情报和预报。20世纪80年代以后，国家经济社会取得较快较大的发展，对水资源、水环境提出了新的要求，防汛减灾、工农业用水和抗旱等需要水文提供更强力的支撑，黄河水文的工作任务和范围不断拓展。 　　目前，黄河流域共有基本水文站348处，水位站76处，雨量站1950处，水面蒸发站159处，地下水站2128处,为流域地方经济发展和黄河治理开发与管理发挥了重要作用。 　　由于以往的水文测站主要为探索水文规律、勘测设计、流域防汛、水利工程规划和建设需要等服务，因此，在水文站网布设上一般考虑是自然因素，其他因素考虑较少。随着治黄各项工作的要求越来越高，新情况新问题不断出现，黄河水文站网功能难以完全适应。初步完成的黄河流域水文站网评价成果，充分反映了这方面的问题。 　　在防汛抗旱功能方面，评价成果统计了黄河流域面积大于500平方千米的河流和部分面积为200～500平方千米的河流共计484条。在进行评价的484条河流中，当前有报汛预报需求的河流236条，其中站网基本能满足情报预报要求的只有18条。可以开展情报预报工作的河流仅有57条，占有需求河流的24.2%，主要分布在湟水、渭河干流、伊洛河、沁河干流、大汶河以及黄河干流各区段。基本不能开展情报预报的河流138条，占有需求河流的58.5%，其中完全为空白的有35条，占有需求河流的14.8%。 　　在水资源管理和调度功能方面，在流域面积大于500平方千米的345条河流中，设立水文站的河流有163条，占全部河流数的47.2%，其中出流口附近有水文站的河流数为108条，占31.3%，即流域水量计算控制的目标满足率仅为31.3%。没有设立水文站但有水位或雨量站的河流为93条，占27.0%。另有89条河流为完全空白区，占25.8%，这些水文空白区河流主要集中在黄河河源区以及青海省、甘肃省和内蒙古自治区的荒漠地区。黄河流域共有1000平方千米以上的省界河流52条，其中有径流控制需求的河流47条，在省界附近已经设立水文站的河流有35条，现状满足率为67.2%。根据流域内各省的需求，有12条河流需要今后加以控制。而现有省界附近设立的水文站中有相当部分是各省设的站，缺乏流域机构的监控。 　　在水资源调查评价和水沙账计算方面，黄河流域现有各类水资源分配工程236处，需要监测的断面数为278个，现有监测断面164个，反映出对水资源控制方面还有很大的需求。 　　在水土保持和泥沙监测功能方面。黄河是世界上含沙量最大的河流，按照设站原则，黄河流域在大河站、区域代表站、小河站建设中按要求观测泥沙，基本控制了黄河流域大小河流泥沙的变化。但从地域分配来看，除干流外，其余大部分水系还不能完全控制各河道的沙量变化，尤其在强侵蚀地区，按导则60%～90%的流量站作为泥沙站的标准要求，现有泥沙站数量偏少，不能满足沙量计算和绘制悬移质泥沙侵蚀模数等值线图的需要，因此在地区分布上必须加以调整和补充。 　　近年来，随着水资源的开发利用，水利水电工程的兴建，改变了水文站的测验条件和上下游水沙情势，严重影响了区域水文资料的一致性和代表性，给这类地区水文测验、流域水文预报、水资源计算造成了一定的困难。受其影响，有些站被迫停测或搬迁，有些站裁撤了部分测验项目，站网不能发挥应有的功能。还有些站改变了原有的测验方式，加大了人力和物力消耗。据统计，黄河流域的103处大河站中，受水利工程建设严重影响的43处，占大河站总数的42%；区域代表站154处，受水利工程影响的67处，占总数的44%；小河站124处，受水利工程影响的4处，占总数的3%。 　　三、水文站网布设和调整的目标与方向：为流域综合管理提供支持 　　按照导则相关规定，水文站网管理部门应当在使用水文资料解决生产、科研问题的实践中，在经济水平、科学技术、测验手段日益提高和对水文规律不断加深认识的过程中，定期地或适时地分析检验站网存在的问题，进行水文站网的优化调整。分析检验站网存在的问题，主要包括：测站位置是否合适，测验河段是否满足要求，水账是否能算清，测站间配套是否齐全。 　　具体到黄河流域，近年来，针对流域防洪形势依然严峻、水资源供需矛盾日趋尖锐、黄土高原地区水土流失治理任务繁重、流域水污染趋势加剧、水沙调控体系建设还不完善等突出问题，黄委研究确定要在工作方向上实现“四个转向”，在工作方法上体现“七个并重”。“四个转向”和“七个并重”的突出特点是更加注重河流自然规律与经济社会因素之间的相互作用对河流的影响，更加注重通过全面加强流域综合管理来实现河流与经济社会发展的和谐。 　　黄河水文事业要不断适应黄河治理开发与管理面临的新形势，未来水文站网布设的目标和方向就要随之进行相应的调整，要坚持“需求牵引，应用至上”的原则，以发展和提高为主，以最大限度地满足流域综合管理为目标，根据流域经济社会发展和黄河综合治理开发与管理的需求，按照流域与区域、水量与水质相结合的原则，统筹考虑自然、经济社会、生态、环境等因素，在局地洪水、山洪、泥石流易发区补充雨量、水位、流量、蒸发等站网，增设省界、重要城市、重要引退水口监测站，增设重要水功能区、重点水土流失区和生态区监测站网，调整受水利工程影响的站网，增设或恢复实验站，建设重点地区的地下水观测井网，基本形成比较完整的黄河流域水文站网体系。 　　1.深入探索水文规律，为流域规划及治理开发与管理奠定基础 　　水文要素和特性的时间变化规律、空间分布规律、水文循环规律、水文要素间的相互关系等，是认识河流和流域的最基本、最直接的工具，也是进行流域规划、治理开发与管理的基础。 　　近年来，从黄河流域水资源评价、水资源公报和泥沙公报的编制等工作中，发现和反映了许多问题，其中最突出的是降雨、径流、泥沙的变化幅度差异过大，其次是部分河段、区域的水量不平衡问题。这说明，流域的水文规律我们还没有认识很清楚，或者我们过去认识的水文情势发生了很大的变化。流域和区域的水账、沙账也有弄不清楚的环节。 　　在规划设计方面，大到水资源的配置、生态环境的保护和水利工程的布局，小到具体淤地坝、桥梁、道路的设计，均离不开水文规律的研究和掌握。流域水文规律也是建立水文预报模型、编制水文预报方案、建设水文预报系统、做好水文预测预报的基础。 　　黄河流域现有348处基本水文站和众多的雨量站、水位站等，构成了收集和累积水文资料的基本体系，为深入探索水文规律奠定了基础。但面对新的形势和要求，还存在明显的不适应，需进一步完善。 　　20世纪50年代，黄委先后在陕西子洲、山西垣曲设立径流实验站和径流站，用以研究各工程措施和生物措施条件下的产流、汇流及径流变化、降水变化及其影响等，以探索产、汇流规律。这些实验资料对研究暴雨洪水特性、建立小流域暴雨产流模式、干旱地区产流方式研究等发挥了巨大作用。例如，赵人俊先生提出的陕北产流模型就是基于子洲径流试验站的资料分析出来的。通过野外径流站的设置与实验，也可以为降雨—径流预报数学模型提供特定参数，并能根据不断实验的结果，对降雨—径流预报数学模型中的特定参数进行滚动修订。从而，更加准确分析水文变化规律，延长洪水预见期，提高预报精度。 　　但由于种种原因，目前除巴彦高勒蒸发实验站外，黄河流域的水文实验站均已停测。因此，当务之急是要恢复子洲径流实验站，并在此基础上，积极着手建设河源区生态径流实验站、河口湿地观测试验站、黄甫川长滩水沙实验站、三湖河口冰情实验站、潼关水文监测实验站，开展黄河下游水量不平衡观测研究。 　　黄河河源区一般指河源至唐乃亥区间，流域面积12.66万平方千米，唐乃亥水文站多年平均水资源量为204亿立方米，占黄河流域水资源总量的35％，是黄河流域的主要产流区之一。过去，出于对防汛的考虑和受经济、自然条件的限制，在这一地区设立的水文测站严重偏少，要补充现有测站的观测项目，有计划地加密水文测站，以更加有利于对河源区的水文变化规律的探索与分析。 　　黄河流域的暴雨洪水有三大来源区：一是河口镇至XX区间；二是XX至XX区间；三是XX至花园口区间。目前，在上述三大暴雨洪水来源区中，河口镇至XX区间的水文站网最稀，单站控制流域面积达2630平方千米，雨量站单站控制流域面积为310平方千米，即便如此，站网分布也不均匀，一些地方过于稀疏，以致于无法控制暴雨分布区域。这个区域也是径流量减少较多的区域，水账、沙账较难算清。因此，在这些区域，要优先考虑增加水文测站，对于多沙粗沙区的重点小流域更要加以重视，既要观测暴雨洪水，也要观测泥沙，做好为高含沙洪水预报和水沙调控服务的准备。 　　2.完善暴雨洪水泥沙监测，为防汛和水库调度服务 　　虽然现有的水文站网考虑防洪和水库调度的程度相对较高，但面对新的防洪形势，还需要进一步完善。 　　目前，在黄河中游地区，还有相当规模的无水文站控制区，雨量站网的密度也不够，导致对局地性暴雨洪水、山洪、泥石流的监测力度太弱，要尽快填补这些“空白”。 　　黄河流域修建了大量的水利工程，其管理运行对黄河洪水、泥沙运动规律产生了重要影响，同时黄河洪水、泥沙的运动对这些水利工程的运行也将产生影响。未来还将建立较为完整的水沙调控体系，对水沙进行时间和空间上的调控，使黄河更好地为流域经济社会发展服务。这些已建工程和规划、建设中的水沙调控工程的管理运行都需要大量及时可靠的入库和出库水文信息。例如，对于小浪底水库的水文测验，不但要包括入库水沙过程、出库水沙过程，也要包括水库淤积测验、水库异重流测验、库区水沙因子测验、坝前漏斗测验等诸多项目。 　　水库调度以及水沙调控体系的建设、运行，除了对实时信息有要求外，还要有足够精度和预见期的洪水和泥沙预报。开展洪水和泥沙预报，就要有足够的降雨、流量和含沙量信息。目前，河口镇至XX区间的降雨监测无论从时间频次上还是从空间密度上，都无法满足降雨径流预报和泥沙预报的要求。 　　所有这些，都要求黄河水文进一步调整和优化水文站网的功能与布局。 　　3.强化区域水量与水质监测，为水量调度与水资源管理服务 　　黄河属资源性缺水河流，随着流域内和供水区经济社会的快速发展，未来水资源短缺的供需矛盾将进一步加剧。这就要求黄河水文部门更加细致地做好每一个环节的水量、水质的监测和分析评价工作，重点做好干支流省际断面的水量与水质监测工作，新设站点应考虑与行政区划边界相结合，通过对省际断面入流和出流的监测，做好省用水量和水质监督。 　　强化用水计量监测。目前，黄河干流现有394个取水口，由于诸多原因，大多口门引水资料观测精度较低，数据缺乏公信力，给全河水资源管理带来不利影响。因此，有必要规划建立引、退水监测站网。同时，开展水平衡测试等工作，为节约用水提供更全面的信息，为制定“宏观控制指标”和“微观定额指标”提供依据，进一步探索水资源预测预报工作，为加强黄河流域水资源统一管理提供服务。 　　强化水质监测。进一步加强对黄河流域干支流及水功能区、水库、湖泊、重要水源地的水质监测，及时反映水量、水质状况，掌握水功能区的水质变化动态；进一步提高应对处理突发性水污染事件的能力，建立快速反应机制。水质监测断面的设立首先要尽量与现有流量站、水位站结合，并重点考虑以下因素：一是干流控制河段较大支流汇入前的河口处、大型或重要湖泊水库出入口处以及河口处；二是人类活动集中地点，如大中城市附近、工矿企业集中区、将兴建大中型工矿企业的城镇、已建成或将兴建重大水利设施河段、大型灌区及主要风景游览区；三是不同地质区、严重水土流失区、盐碱地区、泉水丰富区、地方病发病区、自然资源保护区、水功能区；四是交通、通信、生活条件较好的地点。 　　4.努力实现水生态和水环境监测，为维持黄河健康生命服务 　　黄河流域生态保护和修复是维持黄河健康生命、实现人与自然和谐相处的必然要求。开展水土保持、生态保护工作，评价水土流失、生态治理修复效果，要求进一步加强水土流失严重区、生态脆弱区、湿地区、荒漠区等特殊区域的监测；通过对降水、径流、河流泥沙等进行长期的观测和分析，及时提供河流的泥沙来源和组成分析结果，为水土保持生态修复和河道治理等提供科学依据。 　　黄河流域拥有世界上最大的黄土高原，它是黄河泥沙的主要策源地。一般说来，对流域泥沙的观测应包括侵蚀、搬运、输送、淤积四大部分，其中，弄清楚侵蚀和淤积两个环节是最为重要的。很长时间以来，我们对黄河泥沙的观测与分析放在淤积上的精力较多，而对于其源头的侵蚀观测较少。对这项工作应该引起重视，要深入研究黄土高原的水土流失规律，这部分的观测项目是不可或缺的。 　　开展滨海区潮水位实时监测系统建设。为配合黄河河口治理和黄河功能性不断流目标的实现，加强滨海区潮位观测及其规律研究，引进先进成熟的测量仪器，逐步恢复开展相关的观测项目，建立先进的滨海区潮水位实时监测系统，不断提高水文在河口治理和基础研究方面的支持能力。 　　同时，河口地区也是一个极其复杂的水文系统，河道以河流水文为基本特征，滨海区以海洋水文为基本特征。在河口地区进行水文、泥沙测验，除进行入海水沙量测验外，还应包括潮位、潮汐特征、海流、泥沙扩散、海岸淤积、河口延伸、尾闾变迁等。从20世纪60年代开始，黄委在这一地区开展了系统的测验工作，积累了大量的河口水文泥沙及滨海特征实验观测资料，但近年来，由于各方面的原因，部分测验项目已处于停止状态。针对这种情况，当前应加强河口地区的测验工作。否则，河口水沙运动规律研究、河口模型的建设乃至河口地区治理方案的拟定都将缺乏科学的依据。 稿件来源：黄河报·黄河网