数字水文

建设数字水文为现代水利作好数据支撑汪庆，谈新（孝感市水文水资源勘测局，湖北省孝感市，432000）摘要：随着社会和经济的发展以及国家一号文件的发布，我省的水文事业迎来了发展的春天，各项事业都取得了跨越式的发展。

湖北，作为千湖之都，传统水文强省，我们拥有很辉煌的历史，取得了很多成就，然而，科技及信息产业的飞速发展明显快于水文事业的发展，近些年水文事业的发展出现了一些新问题，新现象，新技术，尤其是在数字水利这个新概念提出的大环境下，我们必须正视传统水文部分领域的缺陷，取长补短，与时俱进，实现水文事业的信息化，才能使湖北水文屹立于强省之林。

本文主要水文业务方面阐述水文信息化的重要意义。

关键字：数字水文；水文勘测；水情信息网络；水资源；GIS;数字水利水文是水利中至关重要的一部分，是防汛抗旱指挥部的耳朵和眼睛。

流域水资源合理开发、运行调度、管理、保护，水利工程新建、设计、施工、运行、管理都需要水文数据做坚实的后盾基础[1]。

正是由于水文的地基作用，所以对在信息的采集、加工处理、信息服务的方式都提出了更加正确性，准确性，真实性的要求，然而随着信息技术以及计算机、通信网络、微电子、计算机辅助设计、3S(遥感、地理信息系统、全球定位系统)等一系列高新技术向水利行业的快速渗透,如果不实时革新，则必然面临着落后甚至淘汰。

高科技的计算机水平及灵敏的信息化技术，也让水文事业的全面信息化、现代化提上了日程表。

1 数字水文的提出数字水文是地球空间多源水文信息的数字集成。

它的核心是将传统的站点观测水文数据与数字地球中各种原数据，经过同化系统的加工处理，产生数字化的、覆盖整个流域或者流域区域空间的、多重时间和空间尺度的、多重要素的、对水文分析有用的数据产品，为各种水文工作和有关的农业、林业、环境、交通等建设部门提供所需的数字化水文信息，为地球的其他系统（大气、地质、生态、环境等）的数据化提供与水、能循环有关的数字化状态和通量变量，为进一步揭示地球水圈的基本规律的科学研究提供数字化信息平台。

作为业务人员，笔者认为，必须全面提高局内重要科室的信息化，才能促进整个信息化事业在整个里深入人心，潜移默化。

下文分别从先进的计算机软件和设备来改变了传统水文的不同业务领域，让水文工作更加时效、快捷和准确。

2 数字化水文涉及的领域2.1 水文基础业务传统的水文办法，是人工记录水位、摘录雨量、录入蒸发量，人工计算输沙率和糙率，在这个工程中，数据量繁多，经时旷日持久，由于疏忽造成的错误不可避免。

一旦实现了数字化，即是用先进的技术如翻斗雨量计、虹吸式雨量计来采集雨量，用水位遥测仪记载水位，转化成移动信号GPRS，输给计算机记载水位，用水量的减少量由地线传导入室内计算机得到蒸发量数据。

利用流量信息采集处理系统，自动测量起点距，流速仪信号自动转化，将传统测量实现半自动化甚至全自动化。

运用超声波测量水深，数字超生测深仪在GPS定位系统的引导下对水下进行测量，实现水下地形的测绘任务。

涵闸站和水电泵站，也可适时适当地技术对闸门和发电机组实施遥测，达到一开闸，计算机则能显示开关闸时间和开启高度及孔数。

创立完善的数据库管理系统及信息处理系统，对水文信息化建设的数据实时清查和校核，对各类信息自动分类、自动入库，利用数据库技术和网络技术建立可靠的信息存储体系，确保数据不会遗失。

通过信息分析处理功能，得出结论，实现有人看管，无人值守的新型水文测站。

2.2水情基础信息处理为实现“更全、更准、更快、更新”的要求，必须从水情现状和水情信息化的基本需求出发，结合水情信息管理结构的特点，实现水情信息的快捷化和精确化。

建立暴雨预报系统，实现降水监测分析、天气形势分析、短期定量降水预报、临近降水预报以及较高精度的流域面平均雨量估算、流域短历时定量降水预报、致洪致灾暴雨警报等功能,实现预报成果的时间、空间分布输出。

摘录历年各个水文测站历史年最低水位，画出旱限水位图，更加全面的了解整个流域内的保养水能力，优化水库运行调度。

2.2.1 GIS网络地理信息技术防汛水情会商系统采用基于GIS的网络地理信息技术, 应用交互式网页技术, 实现系统和用户的良好交互, 体现了GIS技术与水情信息的高度融合,系统功能强大、可视化程度高、快捷方便。

系统支持已更新的实时水情数据库, 实现在电子地图上对流域基本水文站、大型水库、行洪河道、重点堤防、分洪口门、蓄滞洪区等的基本信息、图片和视频的查询、统计、分析和显示。

同时, 在电子地图上实现了水情查询, 包括时段雨量累计、逐日雨量过程线、雨量等值线、雨量等值面的各种数据信息的查询、统计、分析和显示。

通过该系统提供的图表, 可以直观清楚地表达雨水情分析结果, 为防汛领导的决策提供科学的理论依据, 充分发挥了防汛耳目、参谋的作用。

防汛水情会商系统的相关界面, 见图1：图1 防汛水情会商系统2.2.2 防汛抗旱中计算机技术与通讯技术建立利用多种通信信道组成的星型报汛网和众多的报汛站一起组成了水情信息采集系统,不仅满足了对对上下级之间的协调报讯任务，而且达到了职工日常办公所需的网络服务。

两套综合布线系统均采用物理隔离的, 用千兆以太网技术, 形成了安全、稳定、可靠运行的网络体系, 为实现电子政务系统、建设防汛水利数据中心，很好的满足了到报率要求。

以存盘方式采集的历史数据经过分析，能够很好的模拟上游雨量站点雨量数据对下游水位、流量的影响时间及大小，历史资料准确、完整、快捷，为水位预报提供了科学、坚实的基础。

大旱期间旱限水位的确定，是江河湖库干旱预警等级的重要指标，是启动抗旱应急响应级别的重要依据，使运行调度有章可循，合情合理,通过水情信息及时科学调度应对旱情。

2.2.3 水库管理空间信息系统及时获取水库基础信息，提高水库运用效益，发挥水库服务功能，水库管理空间信息系统不仅在防汛中不可或缺，而且在抗旱作用中至关重要。

利用水库管理业务和GIS技术相结合的方式，辅以Web service技术开发出来的包含数据管理、业务分析、数据统计等业务功能，这些功能为提高水库保护范围线划定工作效率和成果质量提供了有效技术支持。

其详细管理流程如下图2所示：图2 水库管理空间信息系统数据库由图可知，水文信息化主要运用了水利基础数据库这一主要功能。

2.3 水资源合理开发利用2.3.1水资源管理系统水资源管理是对水资源量、质、温、能的全要素管理，对水资源治理、开发、利用、配置、节约、保护的全方位管理，对水资源供给、使用、排放的全过程管理，其核心是对全社会水资源开发利用行为的监督管理。

现阶段水资源调度管理系统是能够满足信息化的系统之一，该系统的基本结构有数据库、模型库、在线数据库采集系统、综合信息管理子系统、综合分析与决策支持子系统、实时控制子系统几个部分组成。

其核心是综合分析与决策支持子系统以及数据库、模型库。

最终能够实现综合分析与辅助决策成果以实时报告和多媒体报警信号的形式进行动态输出，以供决策部门进行水资源配置和管理参考并且通过远程控制系统将输出指令直接作用于可控制自动化水资源调配和控制设备。

另外加强对流域及区域水资源动态监测，开展水资源监控体系建设，提供水资源信息，服务于水资源决策和公共服务，为各级政府减轻水资源短缺灾害，应对气候变化和应急供水事件，完成重大水资源调度配置工程建设、主体功能区划及区域开发、水资源开发利用等方面提供水资源服务。

2.3.2 城市水资源GPS网城市水资源GPS网是一个全天候、连续、统一的水文监测基准框架控制网，它通过虚拟技术达到快捷、高效地建立一个地区城市动态测绘控制网，达到满足水文监测的动态需要，加强城市水文设施建设，提高城市水文现代化水平，为城市防洪决策和工程运行调度提供准确及时的水文信息[3]。

这项技术在宏观上整体把握整个城市的水量大小、分布区域。

也能从微观上截取各个小流域内的水资源总量，在江苏省已经试运行成功。

3数字水文建设中的难点数字水文的建设，弥补了站点不足，提高了水文基础工作实效性及准确性，为水文分析，水利部门决策带来强有力的数据支撑。

但我省水文点多面广，地区水文下垫成面各要素复杂，进口和国产的水文数据采集设备在具体应用与对比观测仍在探索之中，把这些先进的设备投入生产后，要保证水文数据的准确性、及时性，以及入库分析还需要一段很长的过程，市场上现有采集设备如何来匹配情况各异的水文站点，还需要在实际使用中进行分析总结，个别站点涉及量身定作的现象。

机遇和挑战并存，在加大力度使水文行业提供“更全、更准、更快、更新”服务的大机遇下，水文各要素采集站点大量增加，解决了水文基础数据不完整的缺陷。

同时也给水文工作者带来了两个方面的挑战，一是硬件方面，设备的维护，由于对数字电路、无线电技术上面的不足，设备的维护成了“黑匣子”，准确的排除故障需要长时间的学习。

二是软件方面，大量水文数据的分析系统设计开发要考虑到当前水情信息管理和各水文管理部门及防洪抗旱指挥部门的需要，实现水情信息集中管理、实时信息查询分析、动态监测报警、辅助决策、远程数据采集以及其他水文业务功能，为水利行政部门提供决策支持，以最短的时间、最少的人力、最少的物力合理进行调度分配，最大限度地减少灾害损失，保障人民生命财产安全，为防洪搞旱的胜利发挥重要作用。

此外，开发系统还为了满足普通民众对水情实时信息、水文实时动态、水文知识的关心和了解，实现局域网及广域网的信息共享服务，我们任重而道远。

4 数字水文的现实意义数字水文是数字水利的基础，数字水利是数字水文的支撑，要加快数字水文的建设，为实现数字水利奠定基础[4]。

因此，数字水文并不是孤立的，必须围绕和服从水利现代化和整个社会经济的现代化而推进。

只有加快推进数字水文，才能有效的防灾减灾、优化生态环境、保障社会稳定，使人民安居乐业，为基本实现水利和经济社会的现代化奠定良好的基础。

作为一直奋斗在基层的水文工作者来说，努力把水文事业做优、做亮也一直是我们的奋斗目标，让越来越多的人来了解我们行业，提升我们的行业声誉，更好地为人们生活和生产服务,为现代化建设添砖加瓦，造福人类。

参考文献[1]赵卫民、王龙、杨健等. 黄河“数字水文”框架. 人民黄河，2002,24(5):7-7.[2]刘新仁. 数字水文—信息时代的水文技术革命河海大学出版社，2005,12(1):1-1.[3]陈建伟、朱丽强、杨明.城市水资源GPS网的建立.地理空间信息，2011,9（5），1-1.[4]林祚顶.水文现代化与水文新科技.朱春龙、余达征、姜永富.1.北京：中国水利水电出版社.2012.12-12。