建设“原型黄河”完善的测验体系(1)

摘要：建设“原型黄河”完善的测验体系在黄河治理开发和管理的事业中占有极其重要的地位，是“数字黄河”和“模型黄河”工程建设的基础。“原型黄河”的测验体系，是指从测验站网的规划、布设到收集、整理、存储和刊布水文、泥沙、河床及库区形态资料的全部技术过程，基本的测验项目包括降水、蒸发、水位、水温、水质、冰情、流量、泥沙、河床（含河口）和库区冲淤变化等。 

关键词：原型黄河 测验体系 水文 水质 

“原型黄河”的测验体系，是指从测验站网的规划、布设到收集、整理、存储和刊布水文、泥沙、河床及库区形态资料的全部技术过程，基本的测验项目有降水、蒸发、水位、水温、水质、冰情、流量、泥沙、河床（含河口）和库区冲淤变化等。这项工作，在黄河治理开发和管理的事业中占有极其重要的地位。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空话，甚至黄河治理开发和管理的一系列工作都将受到严重的制约。
一、黄河测验的历史与现状
河流测验是在人类对自然的斗争中，特别是在防御水害、兴修水利的过程中逐步发展起来的。
黄河水文观测历史悠久，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法观测降水量是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法进行水文观测的开始。以后，逐步设立了各种水文测站。
中华人民共和国成立后，黄河测验工作得到了较快发展。站网规划与建设、洪水测验、洪水调查、资料整编等各项工作相继展开。１９５６年全流域第一次统一进行了站网规划，之后，１９６１年、１９６３～１９６５年、１９７７～１９７９年、１９８３年又进行了４次较大的站网规划的调整和补充。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处淤积测验断面。从１９５１年开始，已连续５０年对黄河下游河道进行了测验，从１９５９年开始，已连续４２年对三门峡库区的淤积情况进行了测验，对小浪底水库的淤积测验开始于１９９７年，到目前已连续施测了４年。
依靠这些水文站网观测和对河床及库区淤积情况测验的宝贵资料，广大治河专家深入开展了黄河水沙变化、河床演变及库区冲淤变化等规律的研究和探索，为黄河治理开发和管理事业的发展作出了重大贡献。
二、目前存在的主要问题
１．测验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主要服务对象是防汛，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发展，在黄河治理开发进程中，逐渐出现了一些新的问题，如对黄河水资源的过度开发与使用，导致了黄河下游长期而严重的断流现象，与此同时，经济的发展带来了污染的加剧，黄河流域上中游地区的水土流失尚未得到有效控制。新的治黄形势要求“堤防不决口，河道不断流，水质不超标，河床不抬高”（以下简称“四不”），用这一新的要求去衡量过去设置的测验站网，可以明显地看出其布局与结构已无法满足新的需要。如对黄河干支流枯水径流的测验、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，美国长年观测站网的密度为１３００ｋｍ２／站。黄河流域稀疏的水文站网密度，特别是中游地区暴雨和泥沙主要来源区的水文站网的密度太小，给泥沙主要来源区的输沙模数图及径流深等值线图的绘制带来很大困难。
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《水文站网规划技术导则》（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．下游河道淤积测验断面偏少
黄河下游是一条强烈的堆积性河道，素有“善淤”“善徙”之称。特别是高村以上河段，两岸堤距一般１０ｋｍ左右，最宽处有２４ｋｍ，河槽宽一般３～５ｋｍ。河道中沙洲密布，串沟众多，泥沙冲淤变化剧烈，水流宽、浅、散、乱，主流瞬息万变，河势摆动频繁。在这样的河道上布设测验断面，若间距过大，则势必难以捕捉到其真实的变化情况，测验精度会大大降低，进而对分析其河床演变规律带来极大困难。
现状情况，黄河下游河道淤积测验断面的平均间距大于５ｋｍ，不能满足下游河道冲淤演变规律研究的需要。
４．测验手段落后
目前，黄委辖区的水文测验对水文要素的测验大多采用传统的仪器设备和方法，这些传统的仪器设备和方法已沿用了几十年之久，如水位观测仍以直尺为主，流量测验主要依靠测船和过河缆道用流速面积法求得，流速测量主要采用流速仪，水深测量采用测深杆，含沙量采用横式采样器取样，普通天平称重计算。资料处理大部分仍用人工录入、校对、绘图等。这些传统的测验设备和方法存在着作业效率低、安全度小、误差大的缺陷。而发达国家的水文测验设备和方法早已更新换代，如水位、雨量已普及自动采集和自动传输，流量测验广泛使用多普勒流速剖面仪（ＡＤＣＰ）和全球定位系统（ＧＰＳ）等先进技术。泥沙测验采用积时式采样器或物理方法的测沙仪，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测验精度的影响。水文数据收集系统可由计算机处理自动生成数据库等。
５．野外实验研究工作的中断，影响了对黄河流域水土流失及产汇流规律的探索
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（主要是坡度和坡长）、植被、土壤等项因素对水土流失的影响，先后提出了一些水土流失方程式，并用以预报某一地区的水土流失发展趋势，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。由于受各方面因素的影响，野外实验研究工作于２０世纪７０年代初以前全部中断。时至今日，黄委已没有一处野外实验研究基地，这在某种程度上严重影响了对黄河流域水土流失及产汇流规律的深入探索与揭示。
６．管理体制存在问题，缺乏行业统一标准，测验结果未能进行统一后处理
由于历史的原因，黄河中下游水库、河道淤积测验单位分散，目前情况下缺乏统一行业标准，２０世纪９０年代以来，各施测单位分别依据自己制定的标准进行整理、计算，在数据格式、计算方法、成果编制和资料精度等方面差异较大，没有形成一套完整的淤积测验资料。
黄河下游河道冲淤量的分析计算是建立在固定断面的重复测量资料基础之上的。一般情况下，应由一家牵头单位统一组织，按照统一的后处理方法，利用断面法的测验结果对河段冲淤量进行分析计算，并统一对外发布。而目前情况下则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差异。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差别竟高达１．２４亿ｍ３。这样的结果，使用起来非常困难。

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