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摘要：水文是水利工作和經濟社會發展的重要支撐。為全面提升首都水文水資源管理水平、提高水文服務能力，以更好地適應首都水資源調度和水旱災害防御等工作需求，基于北京市水文發展現狀和存在的問題，結合新時期北京水務發展對水文工作提出的新要求，從水文監測站網布局、監測能力、管理機制、信息化服務等方面開展探究，提出新時期北京水文規劃工作的重點任務，為進一步完善北京市水文監測站網體系、提升水文現代化監測水平等工作提供參考。
關鍵詞：北京市；水文；監測體系；站網規劃；新時期
水文是支撐國民經濟和社會發展的基礎性和公益性事業。北京市作為我國政治、經濟和文化中心，做好水文服務更為重要。及時準確的水文信息是防汛調度、水資源管理和科學治水的重要依據，是保障首都河湖安瀾、社會穩定的重要基礎。多年來，北京水文基礎設施建設和基礎支撐能力建設取得長足進展。然而，經濟社會的不斷發展和新時期水務工作的不斷改革，對水文發展提出了更高要求。本文系統總結了當前北京水文監測現狀，客觀分析水文監測面臨的新形勢與新挑戰，提出了北京水文的發展目標和方向，規劃了水文監測站網體系，以期為新時期北京水文現代化、智慧化發展提供參考。
一、北京水文監測現狀
1.水文監測站網體系
自新中國成立以來，北京一直重視治水管水工作。經過幾十年的努力，初步形成空間分布基本合理、監測項目比較齊全、測站功能較為完善的水文站網體系，基本實現了水文站網對重要河道及其主要支流、有重點防洪任務的中小河流水文監測覆蓋。截至2022年年底，全市共有水務系統遙測雨量站688個，其中市級雨量站245個，覆蓋中心城區63個、城市副中心5個，中心城區站網密度達6站/100km2，城市副中心3站/100km2，全部實現了在線自動采集、存儲、傳輸，并配備北斗衛星通信系統。北京市級水文測站已增加到1891處，其中，國家基本水文站61處，專用水文站41處，區級專用水文站18個，水文監測設施153處。地下水監測站952處，水資源質量監測站600個，水生態監測站66個。監測要素包括降水、水位、流量、泥沙、蒸發、水質、地下水、冰情、水溫等。
2.水文監測能力
隨著現代科技的進步和發展，先進技術和儀器設備在水文領域不斷推廣應用，監測手段由傳統人工觀測逐步轉向自動化監測，自動化水平逐步提高。
（1）水文測站
截至2022年年底，全市共有視頻監控站點219個、電波流速儀56套、走航式聲學多普勒流速儀13套、全球衛星導航系統5套、無線遙控雷達測流系統4套。巡測和駐測結合站點比例為62%，國家基本水文站自動監測率為100%，專用水文站自動監測率為100%，基本雨量站自動監測率100%，地下水站點自動監測率為100%?？傮w來看，降水、水位等水文要素基本實現自動監測，流量自動監測率有較大提高。
（2）水文巡測基地
北京有2個巡測基地，配置了走航式聲學多普勒流速儀、電波流速儀、GPS、全站儀、超聲波測深儀等各類儀器設備，承擔著56個水文站的巡測任務以及生態補水、山洪災害調查等應急任務，水文測報服務能力不斷增強。
（3）水資源監測能力
全市共有1個中心、10個分中心，水質實驗室檢測能力達120項，配置了氣相色譜儀、流動分析儀等水質檢測儀器設備。
（4）水文應急監測
全市共有市級水文應急機動測驗隊3支，配備水文應急監測專業技術裝備，初步構建了水文應急監測體系。
（5）水質應急監測
為應對突發水污染事件，配備了水質應急監測車和車載監測設備，編制了突發水污染事故應急預案等，確保30min以內可實施應急監測。
3.預報分析能力
隨著新技術發展及應用，北京市建成覆蓋大中小型水庫、主要河道干流、重點區域的洪水預報系統，集成了新安江、SWMM等水文模型，基本實現主干河道洪水預報及洪水風險研判，預警體系初步建成?，F有洪水預警斷面17處，面向社會公眾發布洪水預警，開展山洪預警工作，著手內澇預警研究，為防洪減災及水資源科學利用提供了重要支撐。
4.水文信息服務
近年，水文領域不斷深化水文信息產品加工，豐富水文信息服務內容，為政府決策部門和社會公眾提供全面信息服務。全市已建成水文站點的各類水文數據庫，包括原始觀測資料、實時水文數據、歷史水文數據、地下水、水質等，實現了水文數據的數字化存儲。雨水情、旱情等水文信息服務逐步深化。全市建立了“1+6”水文水資源集成系統平臺，整合了水文自動化、水文巡測、地下水自動監測、水質監測信息、水情綜合業務、洪水預報等6個專業模塊，整合了視頻會議、雨量、水位、流量、水質等實時監測信息系統，具備水庫、重點河道的洪水預報功能，對雨水情、雷達回波等實時汛情進行了空間業務關聯。
5.行業支撐能力
水資源保護和水生態修復支撐能力不斷提升。為流域調水、生態補水、水環境生態考核提供準確的水文信息。近年北京市共建設66個水生態監測站點，加強了跨省界水文站點水量水質監測，支撐水生態水環境保護。同時完善地下水監測站點，及時發布地下水動態信息，為華北地區地下水超采綜合治理、地下水資源監管和生態保護提供依據。水情信息報送能力不斷增強。在現有水文站網的基礎上，根據防汛抗旱工作需要，選取水文站網中數據質量優良、代表性強的站點建立水情報汛網，實現水情信息的傳輸。水情報汛時效不斷提高，2022年全市各報汛單位10min到報率達到99%。應對突發災害應急監測作用更加突出。近年來，在應對涉水應急事件處置中，水文迅速啟動應急測報預案，派出水文應急機動測驗隊，及時提供各類水文監測信息和預測、預報、分析成果。工程建設管理服務能力顯著增強。為滿足水利水電工程建設和調度管理需求，發揮長系列水文基礎資料作用，科學分析評估，及時提供基礎數據和分析整改，為水利工程規劃、設計、施工和運行管理等提供了重要的科學數據。
二、北京水文監測存在問題與挑戰
1.現階段存在的主要問題
北京市水文監測逐漸形成以城市水文監測為核心，以地表水、地下水、水環境、水生態為重點內容，駐測、巡測、應急監測相結合的監測體系，降雨量、水位要素全部實現自動化監測與采集傳輸，流量、水質、泥沙、蒸發在線監測得到廣泛應用，水文現代化監測能力得到顯著提升。
（1）水文智能監測感知能力亟待提升
一是水文監測站網亟待優化。全市重點河道、生態補償、區域防洪、城市防洪等水文監測站點不足，覆蓋率為62%，視頻監測覆蓋度較低，水生態站點尚未實現全覆蓋，站網規劃與布局調整需進一步合理優化。二是水文監測感知能力不足。中小河流、小型水庫、山洪溝道監測站點數量較少，水情監測設備缺乏；部分雨水情設施建設年代早，設備老化，信息通達率低；部分測站基礎設施薄弱，測驗手段和應急裝備落后；設備在線監測、自動傳輸等現代化、智能化水平亟需提升。
（2）水文智慧化服務水平有待加強
一是穩定通暢的通信鏈路保障不足。北京市水文信息采集點2/3以上處于山區，現有的多種通信方式在山區覆蓋能力較為薄弱，水文信息傳輸缺乏保障，很難支撐水文監測視頻、多媒體等流量數據傳輸。區級水文部門不能直接連接水文業務網，數據上傳、互通速度較慢。二是數據匯聚不充分、數據治理有待提升。數據匯聚在行業管理制度保障和標準規范支撐上較為薄弱，技術手段匱乏；數據治理程度較低，目前只實現了部分數據的在線整編。水情報汛手段仍需完善，基層報汛站點信息傳輸效率還需要進一步提高。三是共享服務平臺不夠完善，水文智慧化應用不足。目前，北京市缺乏完善的水文信息共享服務平臺，水文信息服務范圍有限，不能完整覆蓋北京市委辦局、北京市水務系統、相關科研單位、社會公眾以及重大活動水文信息保障。水文智慧應用尚淺、水文分析計算處于初步階段、水文大數據挖掘分析幾乎空白，水質、水量變化情況預測、預警能力薄弱，難以應對突發情況。
（3）水文行業監管能力還需強化
一是水文條例的配套地方政策法規體系尚不完整，相關標準與本地適宜性、先進性、及時性要求還有距離，水文標準化和規范化管理有待增強。二是水文數據共享機制不健全。當前，北京市水文系統仍然存在數據報送不穩定的情況，部分業務單位對數據保障的執行力度不夠，數據共享困難重重，水文數據匯聚很大程度上依然一事一議，缺乏常態化的數據共享機制。導致數據不連續，可用性不強。水情報汛能力有待提高。三是基層水文測站技術人員不足、報汛人員變動較大、人員編制不能滿足日常工作任務的需要，人才隊伍結構不盡合理。四是水文行業法律法規宣貫工作薄弱，水文行業開放性和透明程度不夠，全社會和水務行業對水文工作的了解和重視程度不夠，依法加強行業管理的意識不強。
2.新的機遇與挑戰
（1）國家發展戰略對水文發展提出新要求
在京津冀協同發展重大國家戰略背景下，北京作為首都應發揮首善精神，立足流域管理與津冀協同應對流域性洪水威脅、水資源配置和生態修復等問題。在洪水測報、水生態環境測報基礎上，推進華北地區地下水超采治理，對北京水文工作的保障能力提出更高要求。開展海綿城市建設，充分發揮綠地、水系等生態系統對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，有效控制雨水徑流，需要進行降雨徑流水質水量監測，對水文感知、復雜下墊面條件下的水文監測提出新要求。
（2）新時期水務工作賦予水文發展新任務
一是需要建設更加精準的水文監測體系。近年城市極端降雨頻繁發生，2004年以來共有158個雨量站點、累計210站次出現過極端降雨，各主要河道、城市河湖、山區小流域時常發生內澇災害，給城市運行和人民生命財產安全造成較大影響。為應對極端降雨、突發洪澇災害等汛期水安全事件呈現的突發性和嚴重性態勢，水文監測、水文情報、預報預警需要更加及時、精準。二是需要建立更加完善的跨界斷面水文監測評價體系。圍繞潔凈、生態、優美的發展目標，打造“潔凈、流動、暢通、多樣”的生態河湖，通過水生態區域落實市政府改善水環境、修復水生態的責任，遏制上游層層攔截河湖生態流量行為，維護河湖在流域的系統性和水生態的整體性，需構建河湖入境、出界和跨區斷面的水量監測評價體系。三是需要構建更加貼心的水文信息服務體系。圍繞為民水務的發展目標，需構建水文社會化服務體系。圍繞水文惠民，構建和拓展水文數據社會服務應用場景，做好水文的社會化服務，是新時期水文工作重點任務。
（3）智慧水務對水文發展提出新要求
水文數據是水務數據最重要的組成部分，水文工作的主要任務是對水循環數據進行感知、在數據挖掘的基礎上提供水文信息服務。北京智慧水文是智慧水務四大監測體系的主體之一，占有重要地位。智慧水務為智慧水文構建水文專有云提供計算、存儲、網絡及安全等部署和運行的云資源環境，為智慧水文提供水文信息公共服務門戶，也為智慧水文提供來自其他部門或水管單位的水位、流量、取水量、污染源等數據。智慧水文可為智慧水務提供雨量、水位、流量、蒸發、洪水預報、地表水監測、地下水監測等水災害、水資源、水環境、水生態方面的水文數據支撐和洪水預報、水資源管理、水資源評價、地下水預報預警等水文業務系統的分析數據。如何順應智慧水務發展趨勢和建管工作新機制，創新水文工作體制機制，依法加強水文行業管理，給北京水文行業發展帶來了新挑戰。
（4）新技術為水文現代化建設提供更多選擇
衛星遙感、無人機、視頻智能識別等先進技術發展日新月異，可實現多方式、多手段水文感知，為水文大數據中心建設獲取多源異構水文數據；5G、NB-IOT、北斗、LTE等多種通信技術可優化通信鏈路升級，支持視頻、語音等各種水文數據傳輸通暢；云計算技術可滿足算力、存儲、網絡和安全的需要和彈性配置；大數據、人工智能（AI）和深度學習等先進技術可用于水文大數據全面治理、深度挖掘、透徹分析、直觀可視化和決策服務。新技術的發展可為提高水文智慧化水平提供有力支撐。
三、北京水文監測站網規劃主要內容
1.指導思想
堅持“節水優先、空間均衡、系統治理、兩手發力”治水思路，落實“安全、潔凈、生態、優美、為民”首都水務發展目標，以建設高質量現代化水文站網為主線，以完善水文站網布局、提升自動監測水平和強化“四預”措施為抓手，以強化水文科技創新為支撐，以加強水文管理能力為保障，以優質的水文服務推動新階段水務高質量發展提供可靠支撐，在全國率先實現水文現代化。
2.規劃原則
一是堅持依法監管、協調發展。持續加強水文制度建設，與京津冀協調發展、北京城市總體規劃和國家水文現代化規劃、水務發展規劃重點任務相銜接，統籌兼顧流域與區域、有關部門，以及各類站點協調發展，強化水文行業標準化管理。二是堅持統一規劃、分步實施。由全市實施統一規劃，各水管單位、區水務局及相關單位按照行業管理要求，分別建設所需要的水文監測設施。三是堅持創新引領、適度超前。依靠前沿科學技術，結合北京水務發展實際，從水資源管理、供用水管理、水環境管理等多角度出發，率先實現水文“站網建設、監測技術、智能處理、質量控制、場景服務”全要素鏈條管理。四是堅持安全共享、有序開放。打造開放共享的數據中心，同時采用軟硬件安全防護技術和裝備、進口替代、數據共享管理制度等措施保障數據安全，為水務行業科技創新和社會運行提供數據信息服務。
3.規劃指標
依據水利部水文現代化發展指標，結合北京水文發展現狀與目標，遵循先進性、科學性、代表性和可操作原則，從水文站網、水文監測能力、信息服務、行業標準化管理等方面，提出北京水文發展規劃指標體系，主要規劃指標如表1。
4.規劃主要內容
針對重要河道、中小河流、跨界河流、地下水超采區、行政管理邊界、重要河湖、飲用水源等監測對象，統籌流域與區域、地表水與地下水、水量與水質，完善水文監測站網體系，通過改建和新建做到重要節點全覆蓋。
（1）監測站網體系
①雨量站。規劃將245個市級雨量站全部升級為稱重式雨量計，實現汛期與非汛期降水量的實時監測。規劃新建重點功能區雨量站17個，包括涼水河、永定河等，其中區級水務局2個，水管單位15個。持續開展重大活動場館區域、重點城市功能區的雨量監測站點建設。②水文站。根據水旱災害防御、水資源管理需求，新建重要河道水量監測站點70處，全市108條流域面積50km2以上河流實現水文監測全覆蓋，236條流域面積20km2以上河流布設水文站點的可達到158條，水文監測覆蓋率達到67%，比建設前提升34.8%。補充完善中小水庫水雨情監測預警設施，并對現有水文監測設施進行改建，實現中小水庫水雨情及蓄水量監測預警設施全覆蓋，支撐中小水庫洪水防御和安全運行需求。新建中小型水庫水文監測設施21處。為滿足生態基流監測需求，新建生態補償斷面監測設施23處。③水質站。實現全市425條河流、41個湖泊水質監測全覆蓋，新建地表水資源質量監測站345個；完善平原區地下水保護監測站網體系，新建地下水資源質量監測站393個；根據北京市飲用水源地名錄，新建地表水飲用水源地監測站49個，地下水飲用水源地監測站150個。各類站合計為937個。④地下水監測站。以華北地區地下水超采綜合治理為重點，結合地下水管理與保護涵養、地下水水位變化通報、地下水超采區劃定工作，在大興和通州區加密新建深層地下水監測站50個；升級改建地下水監測站55個，其中中心城區和玉泉山及白浮泉泉域地下水監測站30個、潮白河沿線地下水自動監測站17個、核心區8個。
（2）水文感知體系
規劃構建空—天—地一體化的水文數據立體感知體系，實現水文數據全面感知。充分利用衛星遙感、航攝、智能視頻、三維激光掃描、移動巡查等新技術提升水文數據感知能力，實現水情、水文測量、氣象、水質、工情、泥沙、冰情以及間接數據的感知。打造統一化、標準化、多源數據接入的水文物聯網云平臺，統一接入多源、多種類監測數據，進行統一化管理，完成數據感知、數據匯聚、數據集成、數據入庫，可進一步實現對水文+水利業務領域的全面感知。構建遙感監測平臺。開展五大水系干流、重要支流、大中型水庫對象目標的大規模、高頻次、多目標提取，應用于黑臭水體治理效果、藍藻水華、有水河長、有水面積、河湖自然岸線、生態流量等方面監測，摸清河流、水庫行蓄滯洪能力。建立智能視頻監控系統，實現對水文站點、城市積水點等遠程視頻實時監控和智能分析，對河道水位、水量智能化監測、突發性水污染以及山洪監控等建立無人機自動巡檢系統，支持遠程操控無人機對河湖水質、突發險情、調水跟蹤、洪水洪災影響調查、突發水污染事故現場調查。研發無人船自動巡檢系統，可遠程操控無人船巡航，實現河湖的水質采集、河道斷面測量等。通過三維激光掃描設備，利用三維點云建模技術，實現非接觸測量，可應用于河道水庫淤積測驗；獲取水工建筑物的典型斷面及其主要坐標點信息，進行變形分析及三維可視化和虛擬仿真。構建鳥類等物種AI智能識別自動監測平臺，實現對鳥類等流動性大、人工監測難度大的關鍵物種自動監測；構建eDNA監測技術平臺，實現對貝類等底棲動物的監測，提高外來物種監測能力。
（3）水文服務體系
面向全市繼續發揮水文信息服務的基礎性、保障性、支撐性的“底座”能力，初步構建較為完善的水文信息服務體系，提升水文場景化服務能力。分流域和重點河道，綜合應用GIS（地理信息系統）、BIM（建筑信息模型）、CIM（城市信息模型）數據信息技術，對重要控制性工程開展水文場景化應用服水水文氣象要素數據的時空分布特征及調度過程；嵌入河道、水庫、閘壩等的工程指標、洪水特征值、調度預案資料，接入實時降雨、水位、流量、雷達圖、視頻等動態信息，綜合開展水庫、閘壩等洪水調度可視化決策支撐，監測融入調度應用。建立自動巡航在線水資源質量監測技術，建設自動巡航在線水資源質量監測船，實現對湖泊、水庫和開闊水域的突發水污染、水華暴發等水資源質量事件時水域中心區采樣和應急水資源質量監測。建立全市地表水—地下水耦合數值模型，根據豐水年、平水年、枯水年氣候條件，預測不同水資源調度和地下水壓采方案下的地表水和地下水的時空演變趨勢，以及典型場次降水和區域生態補水的影響情況，揭示全市徑流系數、降水入滲系數、蒸散發系數和產水模數的空間分布特征；開展地下水位分析與預報預警、資源量計算和補水影響區域分析；構建中長期和短期的水資源評價服務平臺，快速評價和預報預警全市及區域水資源量，更好地服務于北京市的水資源管理和調度等工作。在北京市洪水預報中引入氣象數值預報成果，即短期臨近降雨預報、短期降雨預報、中長期降雨預報、雷達反演雨量數據耦合洪水預報數據成果，有助于延長洪水預報的預見期，提高洪水預報精度。通過建設數值天氣預報預處理成果分析表；中尺度數值天氣預報數據成果分析耦合水文預報數據成果；提供次洪分析和參數自動優化，以提高洪水預報精度。
四、結語
大力推動水文現代化建設，完善水文監測功能，構建多元化、智慧化、標準化的水文監測站網體系是新時期水文工作的重要內容。圍繞新時代水利和經濟社會發展對水文服務的需求，從提升監測能力、提高管理服務水平等方面，對北京市新時期水文站網規劃進行探究，初步提出了較為完善的水文監測長效運行機制。實現監測站點全覆蓋、信息化自動采集傳輸、科學高效的管理服務體系，為北京市水文現代化建設提供參考。
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作者:王槿妍 王亞娟 李波 王玉雪 范慶蓮 崔寅鶴 郭碩 劉婷婷 單位:北京市水文總站