建设“原型黄河”完善的考试体系

建设“原型黄河”完善的考试体系摘要：建设“原型黄河”完善的考试体系在黄河治理开发和治理的事业中占有极为重要的地位，是“数字黄河”和“模型黄河”工程建设的基础。

“原型黄河”的考试体系，是指从考试站网的计划、布设到搜集、整理、存储和刊布水文、泥沙、河床及库区形态资料的全数技术进程，大体的考试项目包括降水、蒸发、水位、水温、水质、冰情、流量、泥沙、河床（含河口）和库区冲淤转变等。

关键词：原型黄河考试体系水文水质
“原型黄河”的考试体系，是指从考试站网的计划、布设到搜集、整理、存储和刊布水文、泥沙、河床及库区形态资料的全数技术进程，大体的考试项目有降水、蒸发、水位、水温、水质、冰情、流量、泥沙、河床（含河口）和库区冲淤转变等。

这项工作，在黄河治理开发和治理的事业中占有极为重要的地位。

因为，它是所有工作的基础，没有这项工作的支撑，“数字黄河”和“模型黄河”工程的建设将成为一句废话，乃至黄河治理开发和治理的一系列工作都将受到严峻的制约。

一、黄河考试的历史与现状
河流考试是在人类对自然的斗争中，专门是在防御水害、兴修水利的进程中慢慢进展起来的。

黄河水文观测历史悠长，早在公元前１３～前１１世纪，殷代的甲骨
文中已有对雨、雪定性观测的记载。

黄河流域开始用近代科学方式观测降水量是１９１２年在山东泰安设立的雨量站。

１９１５年在黄河支流大汶河南城子设立的水文站，标志着黄河流域以近代科学方式进行水文观测的开始。

以后，慢慢设立了各类水文测站。

中华人民共和国成立后，黄河考试工作取得了较快进展。

站网计划与建设、洪水考试、洪水调查、资料整编等各项工作接踵展开。

１９５６年全流域第一次统一进行了站网计划，以后，１９６１年、１９６３～１９６５年、１９７７～１９７９年、１９８３年又进行了４次较大的站网计划的调整和补充。

到目前为止，全河已建水文站网数量达到９７９处，其中水文站１３３处，水位站３６处，雨量站７７４处，蒸发站３６处。

另在三门峡库区布设６１处、小浪底库区布设１７４处、下游河道布设１５２处、河口滨海区布设３６处淤积考试断面。

从１９５１年开始，已持续５０年对黄河下游河道进行了考试，从１９５９年开始，已持续４２年对三门峡库区的淤积情形进行了考试，对小浪底水库的淤积考试开始于１９９７年，到目前已持续施测了４年。

依托这些水文站网观测和对河床及库区淤积情形考试的宝贵资料，广大治河专家深切开展了黄河水沙转变、河床演变及库区冲淤转变等规律的研究和探讨，为黄河治理开发和治理事业的进展作出了重大奉献。

二、目前存在的要紧问题
１．考试站网的布局与结构难以适应新的治黄形势
过去，黄河流域设置站网的要紧效劳对象是防汛，因此，其布局与结构均以暴雨洪水来源区为牵引。

随着国家经济社会的迅速进展，在黄河治理开发进程中，慢慢显现了一些新的问题，如对黄河水资源的过度开发与利用，致使了黄河下游长期而严峻的断流现象，与此同时，经济的进展带来了污染的加重，黄河流域上中游地域的水土流失尚未取得有效操纵。

新的治黄形势要求“堤防未定口，河道不断流，水质不超标，河床不举高”（以下简称“四不”），用这一新的要求去衡量过去设置的考试站网，能够明显地看出其布局与结构已无法知足新的需要。

如对黄河干支流枯水径流的考试、对水质和水土流失的监测等，过去都考虑得较少。

２．水文站网密度偏疏
据统计，黄河流域水文站网密度为２３３０ｋｍ２／站，其中黄委辖区水文站网密度为２６５０ｋｍ２／站（河源区为９７２７ｋｍ２／站，河口镇—龙门区间为２６３０ｋｍ２／站，泾河２３１０ｋｍ２／站，伊洛河１３２６ｋｍ２／站）。

而欧洲国家水文站网的平均密度为１７５０ｋｍ２／站，美国常年观测站网的密度为１３００ｋｍ２／站。

黄河流域稀疏的水文站网密度，专门是中游地域暴雨和泥沙要紧来源区的水文站网的密度过小，给泥沙要紧来源区的输沙模数图及径流深等值线图的绘制带来专门大困难。

目前，全流域雨量站的密度为３２６ｋｍ２／站，其中黄委辖区雨量站平均密度为３９６ｋｍ２／站（河源区为最稀处，平均８２３１ｋｍ２／站），均小于《水文站网计划技术导那么》（ＳＬ３４－９２）
３００ｋｍ２／站的规定，更小于世界气象组织（ＷＭＯ）推荐的温带山区雨量站网最稀密度１００～２５０ｋｍ２／站的指标。

３．下游河道淤积考试断面偏少
黄河下游是一条强烈的堆积性河道，素有“善淤”“善徙”之称。

专门是高村以上河段，两岸堤距一样１０ｋｍ左右，最宽处有２４ｋｍ，河槽宽一样３～５ｋｍ。

河道中沙洲密布，串沟众多，泥沙冲淤转变猛烈，水流宽、浅、散、乱，主流瞬息万变，河势摆动频繁。

在如此的河道上布设考试断面，假设间距过大，那么必将难以捕捉到其真实的转变情形，考试精度会大大降低，进而对分析其河床演变规律带来极大困难。

现状情形，黄河下游河道淤积考试断面的平均间距大于５ｋｍ，不能知足下游河道冲淤演变规律研究的需要。

４．考试手腕掉队
目前，黄委辖区的水文考试对水文要素的考试大多采纳传统的仪器设备和方式，这些传统的仪器设备和方式已沿用了几十年之久，如水位观测仍以直尺为主，流量考试要紧依托测船和过河缆道用流速面积法求得，流速测量要紧采纳流速仪，水深测量采纳测深杆，含沙量采纳横式采样器取样，一般天平称重计算。

资料处置大部份仍用人工录入、校对、画图等。

这些传统的考试设备和方式存在着作业效率低、平安度小、误差大的缺点。

而发达国家的水文考试设备和方式早已更新换代，如水位、雨量已普及自动搜集和自动传输，流量考试普遍利用多普勒流速剖面仪（ＡＤＣＰ）和全世界定位系统（ＧＰＳ）等先进技
术。

泥沙考试采纳积时式采样器或物理方式的测沙仪，因测得的含沙量均系所测时段内的平均含沙量，较好地解决了含沙量脉动对考试精度的阻碍。

水文数据搜集系统可由运算机处置自动生成数据库等。

５．野外实验研究工作的中断，阻碍了对黄河流域水土流失及产汇流规律的探讨
早在２０世纪４０年代末期，黄河流域的水保科研站在坡面布设径流小区，观测降雨、地形（主若是坡度和坡长）、植被、土壤等项因素对水土流失的阻碍，前后提出了一些水土流失方程式，并用以预报某一地域的水土流失进展趋势，使水土流失规律的研究从单因素提高到了综合因素。

２０世纪５０年代，黄委前后在陕西子洲、山西垣曲设立径流实验站和径流站，用以研究各工程方法和生物方法条件下的产流、汇流及径流转变、降水转变及其阻碍等，以探讨产、汇流规律。

由于受各方面因素的阻碍，野外实验研究工作于２０世纪７０年代初以前全数中断。

时至今日，黄委已没有一处野外实验研究基地，这在某种程度上严峻阻碍了对黄河流域水土流失及产汇流规律的深切探讨与揭露。

６．治理体制存在问题，缺乏行业统一标准，考试结果未能进行统一后处置
由于历史的缘故，黄河中下游水库、河道淤积考试单位分散，目前情形下缺乏统一行业标准，２０世纪９０年代以来，各施测单位别离依据自己制定的标准进行整理、计算，在数据格式、计算方式、功效编制和资料精度等方面不同较大，没有形成一套完整的淤积考试资料。

黄河下游河道冲淤量的分析计算是成立在固定断面的重复测量资料基础之上的。

一样情形下，应由一家牵头单位统一组织，依照统一的后处置方式，利用断面法的考试结果对河段冲淤量进行分析计算，并统一对外发布。

而目前情形下那么是由几家单位分散分析计算，不仅造成重复劳动，而且各家分析计算的结果存在较大不同。

如在对黄河下游各河段的冲淤量的分析计算中，数家单位对夹河滩—高村河段１９６４～１９７３年期间的冲淤量计算结果最大不同竟高达１．２４亿ｍ３。

如此的结果，利用起来超级困难。

三、进一步完善黄河考试体系
１．调整考试站网布局与结构，为实现“四不”目标效劳
①知足防洪、减淤需要
在暴雨洪水来源区增加水文站网。

黄河流域的暴雨洪水有三大来源区，一是河口镇至龙门区间，二是龙门至三门峡区间，三是三门峡至花园口区间。

目前，在上述三大暴雨洪水来源区中，河口镇—龙门区间的水文站网最稀，单站操纵流域面积达２６３０ｋｍ２，雨量站单站操纵流域面积为３１０ｋｍ２，即便如此，站网散布也不均匀，一些地址过于稀疏，以致无法操纵暴雨散布区域，不能知足防洪需要。

因此，在这些地址，要优先考虑增加水文站网，至少应增加至知足绘制输沙模数图和径流深等值线图的大体要求。

加密黄河下游河道淤积考试断面。

鉴于黄河下游河道冲淤转变的复杂性及考试数据的重要性，应大幅度提高其考试精度。

要达到这一目的，除提高外业测量精度外，更重要的手腕在于加密淤积考试断面。

因为
较少的考试断面，会使断面密度产生的断面代表性误差远远大于测量误差。

对河势演变进行监测。

黄河干流河势演变最为复杂的河段是位于黄河下游的游荡性河段，到目前为止，主流仍没有取得有效操纵。

探讨这一河段的河势演变规律，是现今世界多泥沙河流中最富有挑战性的课题。

为了早日攻克这一世界级的难题，分析游荡性河道河势演变的机理，同时为河道整治工程计划与建设提供科学依据，仅仅靠黄河下游河道淤积断面考试是不够的，需要对黄河下游专门是游荡性河段的河势进行监测。

而现代卫星和航空遥感技术关于监测河势演变提供了专门大方便。

为准确监测洪水演进进程，需增设水位站。

不管是探讨“原型黄河”洪水的演进规律，仍是出于对“数字黄河”中一维、二维、三维洪水演进数学模型的验证及对“模型黄河”的率定，都需要有实测洪水的传播态势，专门是关于黄河下游河道，实际洪水的演进在泥沙淤积造成的河床条件不断转变的情形下变得极为复杂，若是没有必然数量的水位站，很难较为准确地监测实际洪水的演进进程。

目前，黄河下游河道仅有２０处水位站，其中１８处位于山东河段，河南段仅有２处，显然无法知足对洪水演进的监测需要。

进一步做好三门峡、小浪底水库的淤积考试。

早在三门峡水库建设期间，库区的考试工作就已全面展开，项目有：进出库水量与沙量、坝前及库区水位、库容和泥沙淤积、异重流、水力泥沙因子、地下水、坍岸、波浪、气象、大型水面蒸发、降雨、水质、水温、河床沙质、
淤积物容重、泥沙粒径、库区地形和坝前水下地形考试等。

其观测资料和研究功效对三门峡水库工程的两次改建、水库运用方式的改变及有效库容的恢复和长期维持提供了极为宝贵的科学依据。

小浪底水库已于２００１年末全面建成，库区考试从１９９７年开始，到目前已施测了１４次。

毋庸置疑，小浪底水库科学运用方式的确信将是以后运行期内一项极为重要的工作，若是没有库区泥沙淤积考试提供的依据，要确信其科学的运用方式及操纵水位将是不可能的。

若是说由于三门峡库区的泥沙考试奠定了我国水库泥沙研究的科学基础，从而使其走在了世界水库泥沙研究前列的话，那么，小浪底水库库区的泥沙考试及依据其确信的科学运用方式并使之取得成功实践，必将进一步揭露珠库泥沙运动的大体规律，从而使我国水库泥沙研究理论加倍丰硕和完善。

因此，应该继续做好三门峡、小浪底水库库区的泥沙考试工作。

增强河口地域的考试工作。

黄河河口三角洲的淤长蚀退反映了侵蚀基准面的转变，对黄河下游河道的演变往往起着十分重要的作用。

因此，对黄河下游河道的治理离不开对河口的治理。

同时，河口地域也是一个极为复杂的水文系统，河口河道以河流水文为大体特点，滨海区以海洋水文为大体特点。

在河口地域进行水文、泥沙考试，除进行入海水沙量考试外，还应包括对潮位、潮汐特点、海流、泥沙扩散、海岸淤积、河口延伸、尾闾变迁等的观测。

从２０世纪６０年代开始，黄委在这一地域开展了系统的考试工作，积存了大量的河口水文泥沙及滨海特点实验观测资料，但最近几年来，由于各方面的缘故，部份考
试项目已处于停止状态。

针对这种情形，当前应增强河口地域的考试工作。

不然，河口模型的建设乃至河口地域治理方案的拟定都将缺乏科学的依据。

开展对黄土高原水土流失的监测。

黄河流域拥有世界上最大的黄土高原，它是黄河泥沙的要紧策源地。

一样说来，对流域泥沙的观测应包括侵蚀、搬运、输送、淤积四大部份，其中，弄清楚侵蚀和淤积两个环节是最为重要的。

很长时刻以来，咱们对黄河泥沙的观测与分析放在淤积上的精力较多，而关于其源头的侵蚀观测较少。

对这项工作应该引发重视，要深切研究黄土高原的水土流失规律，这部份的观测项目是不可缺少的。

踊跃进行野外实验研究。

通过野外径流站的设置与实验，能够对暴雨—径流特性及人类活动对径流转变进程的阻碍进行分析，探求产汇流规律，为降雨—径流预报数学模型提供特定参数，并能依照不断实验的结果，对降雨—径流预报数学模型中的特定参数进行转动修订。

为研究黄土高原的水土流失规律，可在不同类型区设置野外实验场，采纳人工模拟降雨法，在较短的时刻内用人工模拟天然降雨实验，操纵阻碍主导因素，同时对土壤含水量、入渗量、沟道冲淤转变及重力侵蚀等项目进行观测，以研究土壤侵蚀的物理机制，确信相应的水土维持方法。

国际上已有美国（田纳西河流域设有１５个不同地貌特点的径流实验小流域）、日本（筑波科学城防灾研究中心建有侵蚀模拟大厅）、澳大利亚及非洲一些国家等普遍利用了这一方式，并被成功应用于水土流失预报及滑坡防治等方面。

②知足径流预报与水量调度需要
增设河源区水文站网。

黄河源区一样指河源至唐乃亥区间，流域面积１２．６６万ｋｍ２，唐乃亥水文站连年平均（１９５６～２０００年）水资源量为２０４亿ｍ３，占黄河流域水资源总量的３５％，是黄河流域的要紧产流区之一。

过去，出于对防汛的考虑和受经济、自然条件的限制，在这一地域设立的水文站网严峻偏少，同时，一些站的观测项目也不全，如有的站只观测水位或流量，而不观测降水和蒸发等。

过于稀疏的站网，再加上观测项目的不完整，使得对黄河河源区的水文转变规律的探讨与揭露受到严峻阻碍。

最近几年来，河源区显现了断流现象，匮乏的水文考试资料，给断流成因的分析带来专门大困难。

对黄河下游引黄涵闸引水流量（含沙量）进行实时监测。

目前，这是一项考试空白。

随着全河水量调度指挥系统的建设，应慢慢对黄河下游引黄涵闸引水流量（含沙量）进行实时监测，再结合枯水径流演进模型和各引水灌区的配水模型，对浇灌期的黄河径流量进行科学配置。

另外，黄河下游连年平均引黄水量超过１００亿ｍ３，相应引沙量超过１亿ｔ。

这部份沙量在对黄河下游河道冲淤规律的研究中是不容忽略的。

因此，在增强下游引黄涵闸引水流量监测的同时，也应付引沙量进行监测。

③慢慢对黄河上中游地域大用水户的用水情形实施监测
随着流域内及相关地域经济社会的进展，黄河水资源供需矛盾日趋尖锐，为解决这一问题，成立全河统一的水资源治理与调度体制势在必
行。

如此的治理体制需要由对各大用水户情形进行实时监测的技术支持。

④知足水质监控的需要
为把握流域水质动态，对水质参数进行测定和分析，就必需设置水质监测站网。

水质监测站一样为固定测站和流动测站两类，固定测站是利用桥、船、缆道或其他工具，在固定的位置上采样，如此的测站应尽可能与水文站结合。

流动测站是利用装载检测仪器的车辆，进行移动式监测，搜集固定测站之外的有关资料，以弥补固定测站的不足。

２．实现考试手腕的现代化
①立足于河流水文考试的普遍性
随着信息技术和现代遥感技术的迅速进展，流域水文考试技术发生了重大冲破，现代化的考试方式和手腕，可取得更准确、更实时的数据和资料。

目前，世界发达国家的雨量、水位数据从搜集到传输，已全数实现了自动化。

美国现已开发出遥控观测河道洪水水深的可移动系统，该系统包括四个部份：①测量水平位置装置，②河床高程测量装置，③配套系统，④数据存储装置。

具体做法：用全方位跟踪系统和差分全世界定位系统进行船及其装置的水平定位，精度在１ｍ之内，用高频率信号测定水深，用遥控船操纵移动装置。

目前，遥控船已成功应用于ＭｉｓｓｏｕｒｉＩｌｌｉｎｏｉｓＩｎｄｉａｎａＳｏｕｔｈＣａｒｏｌｉｎａ等地的洪水考试。

美国（地质调查局水力技术所）还开发
出用于测量河道横断面的地面穿透雷达，这关于不稳固河床的高程测量很重要，这种雷达不需要在水中放置仪器，可迅速测量转变较大的横断面地形，且功效稳固、精度高。

另外，美国采纳光学反射传感器测量水流表面的悬沙含沙量，可据此提供高精度的含沙量随时刻的转变情形。

日本测量流量一直沿用一种传统的方式，即以漂浮物运动速度推求水流速度，但这种方式精度不高，缘故就在于洪水表面的漂浮物往往受强紊流的阻碍，难以匀速地随水流漂浮运动。

因此，日本神户大学城市平安保证中心２００１年研究出一种新的流量测量技术，即大尺度粒子流速影像速度仪，可用于测量水面二维流速散布，辅助其他技术方式，测量或计算水深及垂向流速散布，并由此计算取得断面流量值。

对世界上先进的水文考试技术，可有针对性地了解、引进、消化和吸收。

②立足于黄河水文考试的特殊性
黄河是一条极为复杂的河流，由于大量泥沙的存在和河势的宽、浅、散、乱，因此世界上针对清水河流开发的先进考试仪器和设备无法在黄河上取得专门好的应用。

这就需要发挥咱们自己的伶俐才干，大力开展技术革新和制造发明，研究开发适应黄河特殊性的现代化水文考试设备，从而提高考试效率、平安性和准确性。

３．理顺治理体制，制定统一施测标准，统一进行考试结果的后处置针对目前多家承担黄河水库、河道泥沙淤积考试的状况，要尽快明确一家牵头单位（如黄委水文局）作为行业治理部门，并由其制定统一
的行业施测标准，率定各家考试仪器设备，统一进行考试资料的整编和数据库的建设。

关于考试结果，也应由牵头单位统一组织进行水库、河段冲淤量的分析计算，并形成一套完整的后处置功效对外发布。

固然，资金安排渠道亦应随之做相应改变。

４．建设统一的考试数据库
考试的目的在于为黄河治理开发和治理效劳，而效劳是要讲质量的。

其效劳的高质量包括考试数据的全面性和准确性要高，用户查阅或检索的方式要便于操作，运算机提供被查阅信息的时刻要简短，为用户减少大量简单的重复性工作（要求所提供的资料不仅是原始的数据，而且还应包括对原始数据的一样后处置）等。

应基于上述要求成立黄河统一的考试数据库，为用户提供高质量、高效率的数据或信息效劳环境，最大限度地提高考试数据的利用率，充分发挥其在黄河治理开发和治理中的基础支撑作用。

四、建设完善考试体系的保障方法
１．提高熟悉
要充分熟悉到建设黄河考试体系的极端重要性。

它是构建“三条黄河”治河体系无法替代的重要基础，是“数字黄河”和“模型黄河”建设成功与否的查验标准。

２．统一计划
要依照黄河治理开发和治理的实际需要，以全面效劳于实现“四不”目标为前提，认真分析和研究黄委水文考试的现状和国内外该领域的先进技术与手腕，兼顾防汛、水资源利用与调度、水质和水土流失监
控等方面，编制黄河统一的考试体系建设与进展计划，并依照轻重缓急，分步实施。

３．增加投入
建设“原型黄河”完善的考试体系，需要巨额的资金支持。

一方面要稳固现有考试项目的投入，另一方面要依照统一计划的安排，保证新增考试内容和考试项目的资金投入。

总之，要想方设法地筹措资金，尽力使这一体系早日建成，为黄河治理开发和治理各类方案的制定提供科学的依据。

４．培育人材
一个完善的考试体系，包括了现今世界许多先进的考试仪器和设备，要熟练地把握其原理并进行操作，需要大量高素养的专业人材。

因此，要舍得花气力有打算地对相应人材进行培育。