摘要：水文测报是防洪抗旱、水资源保护、水污染防治、水环境治理、水生态修复的基础支撑。回顾了长江水文在水文站网及观测项目、水文监测技术、水文测站管理及资料整编、水文自动测报及预报等方面的技术创新历程，全面展示了长江水利委员会成立70年来长江水文测报技术取得的成就。提出长江水文将进一步采用人工智能、大数据、物联网等高新技术对传统水文、水质、水生态、河道监测手段和方式进行改造与更新，构建智慧水文测报信息网络，整体提高水文测报科技含量，全面实现水文测报的现代化与信息化。

关键词：水文测报;水文站网;水文整编;智慧水文;长江流域

中图法分类号：P332 文献标志码：A DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2020.01.002

文章编号：1006-0081（2020）01-0007-06

长江最早的水位测量为公元前约250年的石人“水则”，最早正式有连续记录的水位是1865年开始的汉口海关水尺，最早的水文站为1917年设立的南通水文站。新中国成立前，由于政局动荡、战祸频繁、经济凋蔽等诸多原因，长江流域水文测报工作发展缓慢，至1949年全流域仅有流量站104处，水位站219处，雨量站34处，水文站点稀少，精度较差，大多频于瘫痪状况，且其他水文业务几近空白。

1950年2月，长江水利委员会（简称“长江委”）正式组建成立，在机构设置上设立测验处，下设水文科，主管水文测验工作，自此长江水文测报工作进人新的发展阶段[1]。

1 水文站网及观测项目

新中国成立初期，为了汉江流域规划、荆北放淤规划及长江中下游防洪排渍、洞庭湖整治等工程需要，长江委和有关省（市）在长江上中游干流、汉江及平原湖区恢复、建立了部分控制性水文站，至1955年长江水文测站总数达1614处，其中长江委所属水文测站358处。这段时间，虽然水文测验项目较新中国成立前有所增加，但一般只进行水位、流量、降水量、蒸发量及简易气象观测，只有极少数测站开展悬移质含沙量测量。

1956年的首次长江流域水文基本站网规划，提出了大、中、小河流基本站网规划的线、面、群的原则，有计划地保留或加强了原有水文测站，并布设了新的测站。至1958年，全流域共有水文测站3047处。水文测验项目有较多的增加，悬移质、推移质、河床质、泥沙颗粒，水面比降、水温、岸上气温和气象及水化学等测量项目均是这段时期陆续开展的。长江委部分站1956年开始观测水温;悬移质及推移质测量、泥沙颗粒分析分别开始于1954年和1956年;1958年6月湖口站开展的水化学分析，可视为长江委水质监测的起源。

1964年开展了站网规划分析验证，1978年充实调整，1986～2000年进行站网发展规划等，深入研究了小河站布设、受水利工程影响地区站点布设、水库水文站观测的部署原则与方法，并应用于规划之中。同时，为了水利水电项目的规划、设计、施工和运行的需要，设立了一批专用站网。截至2005年，长江流域有水文站1633处、水位站698处、雨量站7014处，其中长江委所属的水文站112处，水位站233处，雨量站24处（未含水文水位站中的雨量项目）。这段时间，水文测验项目基本稳定，原有水文测站只限于天然水的常规水化学测验，1975年以后陆续发展成水质监测，并设立水质监测站。至1985年长江流域建成水质监测站380处，其中长江委水文局所属水质监测站35处。为适应水环境监测和水资源管理需要，长江委水文局于1999年开始省界水体水质监测，2006年正式开展重点水功能区水质监测。

2012年以来，随着《中共中央国务院关于全面推行河长制的意见》《国务院关于实施最严格水资源管理制度的意见》的陆续颁布，长江流域水文站网已由主要为防洪、基本资料收集、水利工程服务，逐渐扩展到以对流域经济社会发展、防汛抗旱及减灾救灾、最严格水资源管理、水环境治理与保护、水生态保护与修复和流域综合管理提供全面服务为目标。在2012年启动的《长江流域片流域管理水利综合监测站网规划》工作中，提出了遵循资源优化配置、站网布局科学、监测功能齐全、管理高效和技术先进的原则，在对各类监测站网进行整合、调整、完善的基础上，适当增加站网密度，提升水文、水资源、水环境、水生态、水土保持、河道观测、科学实验等综合监测能力，实现“业务协同、资源共享”。截至2016年7月，服务流域管理的各类站点共13691处，其中长江委测站4614处;并规划新增2076处站点，使服务流域管理总站数为15767处，其中长江委所属测站6603处。此阶段，长江委水文局测验项目主要体现为水质和水生态监测项目的增加，承担了302处地表水和432处地下水断面的水质监测，还在巧处水生态试点断面开展水生态监测。

2 水文监测技术

2.1 水位、雨量

新中国成立初期，水位、雨量的采集基本采用人工观测方式，20世纪50年代后期开始，长江水文部门先后按浮子式、压力式、超声波式、接触式等传感方式，采用模拟和数字等记录方式，按日、周、月、季、半年等记录周期研制水位自记仪。自记雨量仪经历了引进到自研过程，记录时长由最初的日延长到3个月。经长期摸索与改进，至20世纪80年代，水位、雨量自记仪才逐步开始较大规模的推广应用，而且也仅限于自动采集，模拟记录。20世纪90年代，随着信息技术的发展，水位、雨量的数字化采集技术开始发展并快速成长。进人21世纪，长江委水文局已实现全部水文测站的水位、雨量自动采集、固态存贮和实时传输。

2.2 流量

新中国成立初期，流量要素的采集以浮标法或流速仪测速，流速面积法测定，基本上使用转子流速仪。1979年，长江委水文局受水利部水文局的委托，开展动船测流仪器设备的研制、试验，于1981年研制成功了DCY型动船测流仪。DCY型动船测流仪首创了以陀螺为测角指示方向，解决了将机械角转换成电讯号的技术关键，能自动测角和瞬时测速，开创了大江大河流量快速测量的新时期。1985年又研制成功了IHZ-2A型动船测流仪，进一步提高了自动化程度。20世纪90年代，长江委水文局率先引进了声学多普勒流速仪，全方位地开展了声学多普勒流速仪比测试验与研究工作，提出通过使用外接设备GPS罗经，解决了铁质测船对声学多普勒流速仪磁场的干扰问题;外接高精度GPS，解决了河床底部沙质推移质运动影响水文测船航速问题，实现了流量快速测验技术的突破，构成我国相应标准及ISO国际标准的技术支撑，成果获2007年大禹水利科学技术奖二等奖。2009年又陆续研制了HSH流量计、LJH-2型直读仪，提高了流速仪自动化水平。2008年以后，长江委水文局提出了宽阔潮汐河口不同位置、不同测验形式的连续流量集成测验方法，首次實现了长江口流量和沙量的整编，解决了入海河口潮流量、泥沙监测世界性整编难题，成果获2013年大禹水利科学技术奖二等奖。

针对水文测验过河设备——水文缆道，1956年长江委水文局在北碚水文站首创了我国第一座水文测验专用的机动缆道，20世纪70年代后期又对测深、测速、测沙控制和信号传输、防雷等组织攻关，使我国水文缆道技术在国际上处于领先水平。长江委水文局2001年主要针对水文缆道的自动控制、智能控制方面进行创新，成功研制了“EKZ-1型水文缆道测验智能控制仪”，并在利用缆道测验载体的水文站进行推广应用，2013年发明了水文缆道偏角遥测系统，实现了水文缆道的流量、泥沙测验自动化或半自动化。

针对水文测验过河设备——水文测船，1973年长江委水文局综合各类水文绞车的优点，将控制测船、测速、测沙的机械“三绞”（即绞锚、绞测流与绞测沙设备）技术融为一体，设计定型了GD-150型水文绞车，其基本格局一直沿用至今。2005年，通过对“三绞”在自动控制等方面進行创新，研制成功了“EKZ-2型水文测船测验智能控制仪”，2013年发明了水文测船专用机械绞车、水文测船支臂装置，2014年发明了液压水文绞车系统、水文检测仪器通用支架，实现了水文测船流量、泥沙测验的自动化。

2.3 泥沙

新中国成立初期，悬移质泥沙测验基本采用横式采样器，其最大的问题在于水样采取的为瞬时值，泥沙处理时间长，效率极为低下。为提高泥沙采样效率，长江委水文局于1970年研制并完善了二通道平堵式JL-1型调压积时式采样器;1985年研制了四通道滑阀JL-3型缆道采样器和ix型采样器;2005年又研制了YAX2-1型调压积时式采样器，成功用于缆道、测船测站的悬移质泥沙测验;2015年为解决临底悬移质泥沙测量难题，研制了双管垂直连接型临底悬移质测量仪。进人21世纪后，为提高泥沙测验的时效性，长江委水文局引进了悬移质泥沙测验仪器——现场测沙仪器（如LISST系列仪器，OBS、浊度计等）和泥沙颗粒分析仪——激光粒度分布仪，并根据长江干流不同河段的泥沙特性，使用不同类型的现场测沙仪进行比测试验。2012年发明了OBS工作状态检测仪、OBS浊度计安装支架，验证OBS在长江上游和长江口河段的适用性，以及LISST类仪器在中下游河段的适用性，为悬移质泥沙的快速监测和实时在线监测创造了条件。

对于推移质泥沙观测，全球均无较好的仪器和方法。长江委水文局于20世纪70年代初期研制完完成了长江73型沙质推移质采样器，1978年研制完成Y78-1型沙质推移质采样器。1985年7月，Y78-1作为中美双方交换的推移质仪器，在美国圣海仑水文试验站与美国史密斯采样器比测，获美国水文界的认同，并被列人国际水文技术交流HOMS咨询手册。为解决进口流速系数和采样效率不佳等问题，长江委水文局于2012年发明并定型生产了新型沙质推移质采样器，在长江上游朱沱、寸滩、武隆、三堆子站投人使用，效果良好。

1964年长江委水文局研制成功了“64型砾卵石推移质采样器”，20世纪80年代先后成功研制了长江80型、长江80-1型、80-2型砾卵石推移质采样器。针对长江80型或长江80-2型砾卵石推移质采样器仪器的重量较轻，线型、阻水以及不能在水文缆道进行卵石推移质测验等问题，长江委水文局1994年定型了AYT型卵石推移质采样器，已先后在金沙江三堆子、向家坝、嘉陵江东津沱、乌江武隆等水文站以及三峡水库变动回水区江津河段和溪洛渡电站6号导流洞投人使用。

2.4 水质

20世纪5060年代，在水质监测分析方面，长江委水文局各实验室仅配备有分光光度计、紫外分光光度计等中、小型仪器设备，只有监测分析常规十二、三个水化学参数的能力。20世纪80年代，水质监测参数达到30余项（包括pH、电导率等）。至1997年，长江委水文局各实验室全部通过国家计量认证，获得了国家级计量认证合格证，出具的检测数据具有法律效力。2000年以后，通过“十五”“十一五”期间水文水资源基本建设以及国家水资源监控能力建设项目的实施，长江委水文局各实验室先后配备了四通道流动注射仪、离子色谱仪、气相色谱仪、液相色谱仪、原子荧光、原子吸收仪等大中小型分析仪器设备，并能充分利用现有水文测验设施、设备完成江、河、湖、库等各种水域水质现场采样，能较好地实施水量水质同步监测，承担地表水（含渔业用水）、地下水、生活饮用水（含天然矿泉水）、废污水（工业废水、城市污水）、大气降水、底泥质与土壤等六大类中无机污染物、有毒有机物、水生生物、重金属、常规等最多达126项参数的监测分析及评价，并具有109项水质指标全覆盖检测的能力。2008年，建成了一个移动实验室，在长江干流汉口和汉江仙桃建成2个水质自动监测站。至2018年，又建成了11座水质自动监测站，大大提升了水质常规监测能力、应急监测能力和在线实时监测能力。

2.5 水生态

为贯彻落实党的十八大关于加强生态文明建设的重要精神，水利部将长江流域确定为全国水文系统水生态监测试点流域。2014年，长江委水文局制定了《长江委水文局水生态监测实施方案》，结合长江流域水文一水质监测站网，在长江干流、重要支流、两库、两湖及长江口等敏感水域规划布设了36个水生态监测断面，开展浮游植物、浮游动物及着生藻类监测;选择在三堆子、宜宾、万县、宜昌、沙市开展鱼苗（鱼类早期资源）监测;石鼓、三堆子、宜宾、寸滩、万县、宜昌、芜湖、南京、城陵矶、湖口江段开展鱼类资源监测。从2014年至今，长江委水文局已经开展了长江流域巧个水生态监测断面的试点工作，具体监测内容包括浮游植物、浮游动物、着生藻类、鱼类和鱼苗等，首次实现了水文、水质、水生态同步监测。

2.6 河道测绘

长江水文从20世纪50年代开始进行固定断面和水道地形观测，在长江中下游和汉江干流每隔1～5km布设一个断面，每年不定期观测;在长江中下游每隔约5a进行一次1：10000比例尺长程水道地形测量。截至2016年7月，长江委水文局在长江干流及汉江干流布设有3666个河道固定断面，地形监测范围包括3000余千米长的河道。此外，还开展了大量重点河段的水道地形、流速流向、分流分沙、河床演变及泥沙运动观测研究，为长江防洪、河道综合治理及三峡、葛洲坝等水利枢纽的规划、设计、施工、运行等收集了丰富的河道观测资料和分析研究成果。

在观测仪器研制方面，长江委水文局于1956年就成功试制长江56型回声测深仪，1970～1977年先后成功试制南实1型、南实2型、南实3型半导体回声测深仪，并经水电部批准同意在全国20个重点水库使用。其后引进并吸收的全站仪、自动安平水准仪、红外仪、微波定位仪、数字化仪、GPS、多波束水道地形测绘系统得到广泛应用;在河道自动测绘系统方面，1988年成功研制长江CHC-1系统并在汉江使用，1989年又成功研制了CHC-2、CHC-3、CHC-4型系统，获1991年“水利部科技进步三等奖”。2005年研制了基于GIS的内外业一体化数字成图系统等具有自主知识产权的软件，获2008年“湖北省科技进步二等奖”;在测绘方法方面，1958年提出了水下地形测量的直线航行法，1989年提出了无人立尺地形测量的距离改正方法，获1991年“水利部科技進步三等奖”，2009年提出了利用雷达结合GPS罗经测量河道水边界的集成技术，2015年发明了利用免棱镜全站仪的水体平高测量方法，2017年提出了基于声线跟踪的水库深水水深测量方法、水深校正标测量方法，并编制了我国第一部《水道观测规范》，以上成套技术获2015年“湖北省科技进步一等奖”。

3 水文测站管理及资料整编

3.1 水文测站管理

新中国成立前，受技术手段的限制，长江流域水文测站一般采用驻测方式。新中国成立以后，我国于1955年颁发了《水文测站暂行规范》，确定了全国水文测站采用驻测方式并一直沿用。1972年，长江委水文局在原使用连时序法进行测验与整编定线的监利站，试用落差指数法获得了水位一流量关系单值化的初步成果。其后，对受变动回水和洪水涨落混合因素影响的水位一流量关系单值化处理方法进行研究，首次提出了综合落差指数的概念，成为我国首个水文巡测队——洞庭湖水文水资源勘测队成立的技术支撑，为实施测站流量测验的巡测、间测奠定了基础。为解决悬移质泥沙监测需同步于流量监测影响巡测效果问题，1995年，长江委水文局提出了基于悬移质泥沙输沙率与部分流量历史权重关系的“异步测沙”理论，利用水文测站的历史资料建立水位一部分流量权重关系数学模型，借用部分流量权重计算断面平均含沙量，使输沙率测次布置不再受测流历时的限制，从而达到输沙率与流量异步施测的目的，改变了悬移质泥沙不能单独巡测的历史。

针对流量、泥沙监测时效性问题，长江委水文局于2008年开始对各类仪器、设备、方法创新进行总结、归纳及推广应用，完成了水文测验方式方法创新，提出了“驻巡结合、巡测优先、测报自动、应急补充”的水文监测新模式，并在全国率先按新体系、新方式、新方法进行运行，其成果获2014年“大禹水利科学技术二等奖”。目前，长江委水文局在交通条件较好的勘测分局测区，能结合所属巡测范围，分别实施驻测、巡测、间测、校测或几种方法相结合的管理模式。对已积累较长系列资料且具有较好水位一流量关系的测站，已按“无人值守，有人看管”模式进行水文测验与管理，并按《水文巡测规范》要求实行水文巡测。

3.2 水文资料整编

新中国成立前，水文资料的编印散见于《海关公报》等刊物，大多系实测记录，少数有水位、雨量的月年特征值。新中国成立初期，在对长江流域历史水文资料整编刊印过程中，初步提出了图表格式和整编方法，奠定了“水文年鉴”形式刊布整编成果的基础。20世纪5070年代初，水文资料整编一直沿用手工记载、计算和整理，每个水文站资料整编需时约3～5月，效率低下。1974年，长江委水文局编制出了“水、流、沙整编通用程序”，率先开始在DJS-6计算机上进行试验电算整编;1985年开发的以FORTRAN语言为基础的DOS版整编软件，在全国范围内广泛使用，初步实现了水文资料电算整编标准化和规范化[2]。

2001年，长江委水文局组织开发了基于视窗系统的整汇编软件，首次覆盖所有测验项目，并通过使用小波分析理论、神经网络法和回归分析法，实现了水文资料整汇编的在线化、可视化，该技术已纳人受水利部委托研制的“南方片《水文资料整汇编软件》”，于2008年获“大禹水利科学技术二等奖”。2018年，针对最严格水资源管理制度对水文整编时效性要求，长江委水文局运用物联网、大数据等相关技术，升级完善了南方片《水文资料整汇编软件》，实现了水文资料的实时整编。

4 水文自动测报及预报

4.1 水文自动测报

新中国成立初期，水雨信息报送主要利用配置的专用电台和邮电系统的电报业务，其后经历了从邮电局（所）拍发水情电报到配置无线电台、超短波电台报汛，从电传机报送水情信息到通过X.25及电话语音报汛，这些都是在人工干预下完成的。流量信息的报送，由人工观测或从自记设备上读取水雨情信息，查读相应流量或整理实测流量，观测人员按水情情报预报拍报办法编制水情报文，报文经校核人员校对，然后通过上述各类传输通道，将水雨情信息传送至相关防汛指挥、决策部门。

长江委的水文自动测报始于1977年，初期是为了遥测，将远距离的水位、雨量观测数据经传感器、编码器通过无线传输至中心站，最早投入使用的是1985年建成的葛洲坝水位遥测系统。第一个正式投人使用的水文自动测报系统是联合国和美国天气局援建的陆水流域水文自动测报系统，于1986年正式投产使用。通过该系统技术的消化吸收，经多次国产化改进，系统仍在正常使用，且运行效果良好。其后，随着水文测报新技术、新理论、仪器引进和研究，1991年成功研制了YAC9100水文自动测报系统，实现了水位、降水量的自动观测、自动存储、自动报汛，该成果获1992年“水利部科技进步三等奖”。2000年进一步开发了YAC9900、YAC2000水文自动测报系统，能适应超短波、PSTN、GSM、GPRS、海事卫星、北斗卫星等各类通信技术，扩大了水文自动测报系统适用范围。从2002年开始，长江委水文局大规模开展水雨情信息数字化采集技术的建设与应用，经过3a多的努力，到2005年7月1日，在全国率先实现了全流域118个中央报汛站水位、雨量的自动测报，其成果获2007年“湖北省科技进步一等奖”。2010年又研制了多路径水雨情自动测报系统。

流量是水文预报的重要参数，一直采用测站人员手工输入至报汛系统的传统方法。为解决流量自动测报问题，在现有的流量未实现自动在线监测的条件下，长江委水文局提出了相应流量报汛方法。自2008年开始至2010年底，全局共完成81个测站6个方面共计261项技术创新成果，包括巡测方案52个，单值化分析41站，流量测验优化方案73站，悬移质泥沙测验优化方案55站，声学多普勒流速仪投产34站，激光类现场测沙仪或浊度仪投产8站等，开发了相应流量报汛方法和软件，在全国率先实现了流量的自动测报。

4.2 水文预报

长江水文预报事业起步于1950年，1951年发布洪水位预报的站点仅沙市、沙洋等几个站。目前，长江委水文局发布预报河段长达3600km以上，预报覆盖流域面积140万km²以上，对外发布预报的站点超过80处。

在预报模型方面，1950年长江水文预报全部依靠手工操作，预报方法依靠相关图。1965年，长江委水文局提出了丹江口模型，最早采用单元流域解决降雨不均匀问题。1980年以后，对各类水文预报模型进行了不间断的改进，先后提出了将降雨径流（API）相关图从五变数改进为三变数和分类单位线及处理方法、分类马斯京根演算模式及运用湖泊演算法进行河道洪水预报的技术途径。20世纪90年代创建了水位动态跟踪预报和水库动库容动态模型演算预报的CRFPDP模型以及应用卡尔曼滤波的产流预报实时校正技术。2010年开展了水力学模型在三峡水库动库容演算调度试验研究。针对山洪预警响应时间短的特点，2012～2016年，长江委水文局研究并提出耦合陆气观测信息的降雨、山洪数值预报系统方法，研发了致灾山洪预报预警成套技术，将山洪预警时效由2h延长至72h，将24h暴雨预报TS评分由20%提高到40%以上，其成果获2017年“大禹水利科学技术二等奖”。

在预报系统建设方面，1985年长江委从美国引进的SM公司的陆水蒲圻水库洪水预报系统，是我国洪水预报作业现代化的起点。从消化、改进完善开始，1990年成功研制了“长江巫山以上河系洪水实时联机预报系统”;1995年完成了长江专家交互式洪水预报系统的技术攻关，开发了“长江专家交互预报系统”，投产运行了“长江中下游洪水联机实时预报系统”，成果获1996年“水利部科技进步二等奖”;2000年，开发完成了“长江洪水预报数学模型建模系统”，实现了常用预报方法传统手工建模的计算机化;20002005年，随着国家防汛指挥系统及中澳、中瑞等国际合作项目的建设，建立了长江防汛预报会商和水情信息服务系统以及基于WEB/GIS的水文和水力学相结合的长江洪水预报系统;2004～2009年，联合华中科技大学开发了WISHFS水文预报平台，在系统通用化上取得突破性进展，成果获2009年“湖北省科技进步二等奖”;2008年在以往开发的洪水预报系统基础上，开发完成了长江洪水预报系统，用于日常的洪水预报，提高了洪水预报的时效;2012年开发了长江水情APP并经持续完善，实现了长江水文预报的移动服务;20142016年，研制了长江防洪预报调度系统、长江水库群信息共享平台，纳入长江流域联合调度40余座水库，实现了预报调度一体化。

在中长期水文气象预报方面，1959年长江委在全国水利系统最早开展此项工作，开始在降水预报与洪水预报相结合方面进行探索与尝试。1964年以前，以简单的天气要素规律和水文特征历史演变为主;1964～1975年，提出考虑大气环流因子、冷空气活动路径等因素分析的过程预报方法;1975年至20世纪90年代初，开展了水文学、天气学、数据统计综合等多方法综合会商，以定性预报为主;20世纪90年代以后，逐渐向定量方面扩展，引进MM5、WRF数字天气模型，开展面向长江流域定量降水预报试验应用。20世纪末，长江委水文局引进了MICAPS天气分析系统，气象预报告别了手工绘制分析天气图的作业。2010年以来，通过接受全球数字天气预报模型的产品信息，开展了综合定制应用，实现了预见期延长目的，已开展中期4～7d，延伸期8～20d降水预报业务;针对长期预测，通过引进REG-CM4区域气候模型，开展了气候动力学与数理统计学相结合的长期预报技术应用，实现了水资源量预测。

5 结语

水文是防洪抗旱的耳目和參谋，水资源保护的科学依据，水污染防治的信息源，水环境治理的指标基础，修复水生态的哨兵，构成流域水行政管理和支撑河长制实施的基础。长江委水文局针对各个时期科学技术特点，有针对性地开展技术攻关，发展了大批适应长江水文测报的新技术、新方法，解决众多水文测报急需解决的实际问题。今后，长江水文在未来相当长的时间内，应进一步利用人工智能、大数据、物联网等高新技术，对传统水文、水质、水生态、河道监测手段和方式进行改造与更新，构建智慧水文测报信息网络，整体提高水文测报科技含量，全面实现水文测报的现代化与信息化，这是长江水文测报的发展方向。

参考文献：

[1]王俊，熊明.水文监测体系创新及关键技术研究[M].北京：中国水利水电出版社，2015.

[2]王俊，熊明.长江水文测报自动化技术研究[M].北京：中国水利水电出版社，2009.

（编辑：李慧）

收稿日期：2019-10-31

作者简介：熊明，男，副总工程师，教授级高级工程师，主要从事水文水资源方面的研究o E-mail：xiongm@cjh.com.cn