1.2 水文测验体系现状分析

1.2.1 我国水文测验发展历程

1.新中国成立前的水文测验回顾

据史料记载，距今4000多年前的大禹治水，通过水文调查，因势利导，采取疏导措施，取得治水成功。公元前251年，秦国李冰在四川岷江都江堰工程上设立“石人”观测水位，开创了水文观测的先河；战国时期的慎到（约公元前395年—约前315年）曾在黄河龙口用“流浮竹”测量河水流速；到隋朝，水位改用木桩、石碑或在岸边石崖刻划成“水则”观测江河水位，并一直沿用到现代；汉朝张戎在元始四年（公元4年）提出“河水重浊，号为一石水而斗泥”，说明当时曾对黄河含沙量做过测量；宋熙宁八年（1075年），在重要的河流上已有记录每天水位的“水历”，宋朝“吴江水则碑”把水位与附近农田受淹情况相联系；1078年，开始出现以河流断面面积和水流速度来估算河流流量的概念；明、清时期，水位观测已较普遍，并乘快马驰报水情。另外，江河沿岸还有许多重要的枯水石刻和石刻水则以及古水尺，例如四川涪陵河道中的白鹤梁石鱼，记录了自764年以来1200年间川江72个枯水年的特枯水位；1110年，引泾丰利渠渠首渠壁的石刻水则，用来观测水位（水深），以便推算引水水量（流量）；1837年，在长江荆江河段郝穴设立古水尺，用以观测水位。

1840年鸦片战争后，帝国主义势力入侵，中国沦为半封建、半殖民地国家。从1860年起，帝国主义者控制的海关，陆续在上海、汉口、天津、广州和福州等港口（码头）设立水尺观测水位，为其侵华舰船航行服务。

1911年后，国民政府陆续成立国家及流域的水文管理部门，如负责全国的水文测验管理工作，开始掌握近代水文测验工作。到1937年抗日战争前夕，全国有水文站409处、水位站636处。抗日战争爆发后，经过8年战争，全国水文工作大多停顿。至新中国成立时，仅接收水文站148处，连同其他测站，总计为353处。

在此期间，引进了一些西方水文技术，先后根据一些潮位资料，确定了吴淞、大沽等水基准面，开始用近代水文仪器作水准和地形测量，水位、雨量观测开始用自记仪器，流量测验采用流速仪法和浮标法，泥沙测验采用取样过滤法。从1928年起，一些流域机构制订水文测验规范文件。1941年，中央水工试验所成功研制了旋杯式流速仪并建立了水工仪器制造实验工厂，开始生产现代水文仪器。

总之，我国水文测报开始较早，并逐步发展到一定规模。但大多数水文观测时断时续，观测记录和工程水文资料档案均未能系统保存下来，技术经验也未能很好地总结流传。明、清以来，由于西方诸国科技迅速发展，中国水文从早期的先进转变为相对落后的状况。鸦片战争后开始进行水文观测、水情传递、水文资料整编和水文分析计算，但发展非常有限，并且极不稳定；随着帝围主义者以侵略为目的在中国进行水位、雨量观测之后，“中华民国”政府引进了一些西方水文技术，开始进行了一些近代水文工作，但因西方国家工业革命，科学技术突飞猛进，而我国外受列强欺凌，内为旧的社会制度束缚，国力日衰、战争频仍，经济建设发展非常缓慢，水文工作大多停顿，并处于薄弱、动荡的状态之中。

2.新中国成立后水文测验发展

1949年10月1日，新中国宣告成立。次月，成立水利部，水利部内起初设测验司，1950年成立水文局；并设置黄河、长江、淮河、华北等流域水利机构。1954年，各省（自治区、直辖市）水利机构设立水文总站，地区一级设立水文分站或中心站，至1951年底，水文部门拥有水文站796处，连同其他水文测站共有2644处，超过了以往历史（1937年）最高水平（409处）。从1955年起，进行第一次全国水文基本站网规划，至1957年水文站达2023处，连同其他水文测站共有7259处。

1955年，水利部颁发了《水文测站暂行规范》，在全国贯彻实施，在测验管理方面，全国水文逐步走向驻测。为解决流量、泥沙定点测验的问题，水文职工创造发明了水文测船机械“三绞”（即绞锚、绞测流与绞测沙设备）的固定测船方法，陆续建设了一批水文缆道并开始流量测验。

1958—1978年期间，中国经历了“大跃进”、经济困难时期（1960—1962年）和“文化大革命”。与整个国家社会形势相联系，中国水文有进展，又呈现曲折前进的状况。1958年水文站发展迅速，到1960年全国水文测站达3611，但许多水文站建设质量不高，能刊入1960年《水文年鉴》的水文站只有3365处。经济困难时期（1960—1962年）又有大批水文站被裁撤，1963年底水文站减少为2664处。1963—1965年，水利电力部水文局组织对中小河流的站网进行了一次验证分析，水文站又裁撤了一部分，到1968年底有水文站2559处。1972年后有所恢复，至1978年底有水文站2922处。在此期间开展技术革新运动，过高要求的高指标和浮夸风等，导致出现一些不必要的浪费及水文测报质量下降。20世纪70年代中期，水文缆道的应用和水位与雨量自记有明显进展。

1978年底以来中国水文也步入了新的发展阶段，尤其是2007年《中华人民共和国水文条例》的颁布实施，开创了中国水文的里程碑。

首先水文站网得到新发展，截至2010年初，全国水文系统共有各类水文测站9799处，基本满足了防汛抗旱、水资源管理、生态环境保护、饮水安全保障、水土流失治理和突发性应急事件处理以及社会公众服务等对水文信息的需求。

其次是水文监测体系改革开始起步，以长江流域洞庭湖水文勘测队成立为标志，不断推进站队结合和水文巡测工作，加强水文巡测基地建设，完善水文巡测基地功能，提高了水文巡测工作能力。至2010年，全国共有水文勘测队221个，实现站队结合的水文站1032个，占水文总数的32.3%。

第三是随着水文建设投入的增加，水文测报先进仪器设备逐步得到了推广和应用，水文测验新技术、新理论、仪器研制、设备更新改造等方面，取得了一些突破性的进展。成功研制并引进了水位、降水量观测长期自记计，使水位、降水量观测基本实现了自动观测、自动存储、自动报汛。流量测验使用水文缆道或水文测船测验智能控制系统，实行了流量的自动测验或半自动测验；调压积时式采样器的性能也得到提高等。声学多普勒流速仪、全球卫星定位系统、全站仪、电波测流仪、激光粒度仪等一批水文测报先进仪器设备得到了推广和应用，改变了水文测报靠拼人力的落后状态，显著增强了水文应急机动测报能力，提高了水文信息采集的准确性、时效性和水文测报的自动化水平。

1.2.2 我国水文监测体系存在问题

经过50多年的发展，全国的水文测验、水情报送能力都有较大幅度的提升，但水文监测体系方面无大的改进，问题主要表现在以下几个方面。

1.水文巡测能力不足

我国在20世纪80年代以来成立的水文勘测队，因受水文测验装备条件及技术水平的限制，尚采用常规仪器与传统的测验手段开展水文巡测，仅仅发挥了按站队结合的要求进行人员管理的作用。当巡测站的水位—流量关系受洪水涨落影响时，按流量资料整编定线的规定，此种情况下安排水文巡测，则流量测次布置不能满足水位—流量关系定线需要的时效性与连续性要求。因此，绝大多数水文勘测队未开展水文巡测工作，部分水文勘测队为满足防洪要求采用了汛期驻测，枯期巡测的方式。还有的水文勘测队根本未能行使对其属站的管理职能，只是将勘测队所辖的水文站的职工家属迁移到勘测队基地，解决子女就学、就业与就医等方面的问题，水文职工仍采用驻守测站的方式。

同时，现有的水文缆道、测船等主要测验设施自动化程度不高，快速监测手段缺乏，先进的实时在线监测设备不足，也是没有实施水文巡测与开展水文应急监测的主要原因之一。

2.水位—流量关系单值化理论不完善

我国河流的水位—流量关系受洪水涨落过程、下游水位顶托、断面冲淤变化与水利工程调度等多种因素的综合影响，测站的水位—流量关系复杂，多呈现为不规则的连时序绳套曲线。同时每个洪峰涨落过程的水位流量关系线均不一致，洪峰的涨、落水过程都需布设测次，以确定水位流量关系曲线的走势，导致了水文站的流量测验较多。如在长江中下游干流的水文站，其流量测次一般在100次左右；而处于顺逆流相互转换的洞庭湖区水文站，其流量测次更多，有的年份流量测次多达300次以上。水文站的流量测次过多，就使得水文测站不得不采取驻守方式。

水文—流量关系单值化技术是精简流量测次、开展巡测的基础。我国在这方面工作开展较晚，方法不多，直接导致了水文监测体系的停滞不前。

3.现有的规范体系与新技术的使用不相适应

随着水资源的综合开发利用，在全国各类河流上均建成了大型或中型的水利枢纽工程，对促进经济社会的发展发挥了重要作用。然而，水利枢纽工程的建设，改变了天然河道水流的特性，给水文测验带来极大的困难。位于水库下游的水文站，受发电或泄洪的影响，水位的涨落过程瞬息万变，加之测站水位—流量关系呈现不规则的连时序绳套，致使流量测次过多。如长江流域清江高坝洲水文站位于高坝洲水利枢纽的下游，年测流量资料达300余次，还不能满足水位—流量关系定线的需要。位于库区水文站的流量测验时水力因素变化复杂且无规律可循，彻底改变了天然河道水位—流量关系的特性。如水利枢纽工程蓄水时，水位涨而流量小；工程泄水时，水位落则流量大。为解决水文测站受水利工程建设对河流水位—流量关系的影响，只能按水位—流量关系整编定线的要求增加流量测次。

受人类活动影响新形势下，如何开展流量监测？新仪器的使用如何满足现有规范的要求，也影响了水文监测体系的改革。

4.不同水文测验要素的测验要求，制约了水文测验方式的整体进步

目前，水文的流量要素测验已逐渐向自动监测、实时在线监测方向发展，时效性及精度均有大的提高。然而，我国河流泥沙含量大，且水利工程建设也需要泥沙资料，水文测站开展泥沙监测是必需的。我国泥沙测验规范规定，施测断沙时必须进行流量测验（即通过计算断面输沙率后方能计算断沙），因面增加了断沙测验的工作量。由于泥沙在断面上不同位置的变化是不相同的，且变化过程也不能有效掌握，使得控制泥沙变化过程的测次分布更加困难。况且悬移质泥沙从测验到提交资料需经过水样采集、沉淀、浓缩、烘干、称重与计算等工作流程，通常情况下所需时间为至少1周左右，时效性较差，制约了整个水文监测体系的整体进步。