关于小型流域水文要素观测的实践研究

一、小型流域水文要素观测的主要内容

（一）降水观测

降水是小型流域水文循环重要输入项，类型多样且在小型流域有独特特征。常见降水类型有降雨和降雪，高海拔或寒冷地区以降雪为主，大部分地区降雨更常见。小型流域地形复杂，降水时空分布不均，空间上同一流域不同区域降水量差异大，时间上季节性变化明显，短时间强降水易引发山洪。

降水观测关键指标有降水量、降水强度和降水历时。降水量指一定时间内某区域水层深度，反映流域水资源补给；降水强度是单位时间降水量，体现降水猛烈程度，强度越大灾害风险越高；降水历时指一次降水持续时间，不同历时降水对流域径流、土壤含水量影响不同。

（二）蒸发观测

蒸发是小型流域水文循环水分输出重要环节，包括水面蒸发和陆面蒸发。水面蒸发受气象因素影响大、受下垫面影响小，能反映当地蒸发能力；陆面蒸发受气象和下垫面等多种因素影响，反映陆地生态系统与大气水分交换。

观测水面和陆面蒸发对掌握流域水量平衡至关重要，其观测数据准确性影响水量平衡计算精度。观测水面蒸发可了解水体损失，为水库调度等提供依据；观测陆面蒸发有助于分析水分消耗，指导农业灌溉等。

蒸发观测对象涵盖水体、土壤、植被等下垫面。水体蒸发观测选代表性水体设设备测量；土壤蒸发观测考虑土壤类型等因素，在不同剖面设仪器；植被蒸发观测针对不同植被类型，研究其与气象、生长状况关系。

（三）径流观测

径流是小型流域水文循环重要输出过程，分地表径流和地下径流。地表径流受降水强度等多种因素影响，汇流快、流量变化大，易形成洪水；地下径流形成和运动慢，受气象因素影响小，流量稳定，是干旱季节河流重要补给。

径流观测核心要素有径流量、径流速度和径流过程线。径流量反映流域水资源丰富和可利用程度；径流速度与河道因素有关，影响洪水传播和汇流时间；径流过程线直观反映径流变化趋势和特征，对洪水预报等有重要参考价值，分析它可了解流域产汇流规律，为水利工程提供依据。

（四）水位观测

水位指水体表面相对基准面的高程，与流域水文状况密切相关，反映流域水量。降水时水位上升，少雨时水位下降。水位高低反映水体蓄水量，过高引发洪涝，过低影响航运等。水位观测关键点位选择要确保数据准确、有代表性。河道断面选顺直、稳定、水流平稳河段；水库和湖泊观测点设在能反映整体水位变化处，考虑风浪等因素；还应在关键控制节点设点，全面掌握水位变化。

二、小型流域水文要素观测的常用方法与技术

（一）传统观测方法

人工观测是小型流域水文要素观测的传统常用方法，流程和要点有规范性。观测时间上，按规定频次观测，如每日固定时间测降水量、水位等，变化 烈要素增 加观测频次。观测工具方面，降水用雨量筒，水位用水尺，流量用流速仪、浮标等，观测人员要正确使用，确保安装调试规范。数据记录需及时、准确、完整，规范清晰，避免涂改，同时记录天气、水流等信息用于后期分析验证。

传统观测方法有优势也有局限。优势是操作简单，对人员技术要求低，设备成本低，适合经济落后、交通不便的小型流域。局限在于观测频次受人工限制，难实现高频连续观测，数据时间分辨率低，可能遗漏重要水文过程；数据精度受人为因素影响大，影响可靠性和准确性。

（二）现代观测技术

随着科技发展，现代观测技术在小型流域水文要素观测中应用广泛。自动监测设备类型多样、应用场景丰富。雨量计有翻斗式、虹吸式等，自动记录降水量及 分布，用于降水监测站点；水位计如超声波、雷达水位计等，自动监测记录水位，适用于不同水体；流量计如 量计等，自动监测水体流量，为径流情况提供数据。这些设备有数据存储传输功能，可将数据实时或定时传至数据中心，实现远程监测管理。

遥感与地理信息系统（GIS）技术也很重要。遥感技术通过卫星、飞机搭载传感器获取大范围、动态地表信息，如微波遥感监测土壤含水量，光学遥感获取植被状况，对分析水文过程有重要意义。GIS 为水文数据管理、分析与可视化提供工具，结合空间信息进行分析处理，生成专题地图，为水资源管理规划提供决策支持。

现代观测技术特点显著，观测精度高、实时性强、自动化程度高。与传统方法相比，自动监测设备能连续、高频观测，减少人为干扰，提高数据精度可靠性；借助数据传输技术实时获取数据，为洪水预警等提供信息支持；自动化降低对人工依赖，节省人力成本，提高观测效率，适用于环境恶劣、交通不便的观测站点。

三、小型流域水文要素观测实践中的问题

（一）观测站点布局问题

观测站点布局不合理是小型流域水文要素观测的突出问题，表现为站点分布不均，经济发达、交通便利区域站点密集，偏远山区、地形复杂区域站点稀疏甚至有观测盲区，这使观测数据空间代表性不足，影响水资源评估、水文模型构建等工作的准确性和可靠性。

站点设置与流域特征不匹配也是重要问题。小型流域有独特自然特征，影响水文过程，但实际站点设置多考虑交通、供电等外部条件，忽视与水文过程的内在联系，如坡度大、汇流快区域及植被覆盖差异大区域站点设置不合理，降低了观测数据的使用价值。

（二）观测数据质量问题

观测数据质量是核心，但实践中数据误差来源多样。仪器误差包括精度限制、老化、校准不当等；人为误差源于观测人员操作不规范；环境干扰如强风、电磁干扰也会使数据失真。

数据缺失与异常值处理是难题。因设备故障、恶劣天气等原因常出现数据缺失，影响对水文要素变化规律的分析；观测数据中还会有异常值，若处理不当会误导统计分析和模型构建。目前处理方法不完善，缺乏统一标准和规范。

（三）技术应用与维护问题

现代观测技术在小型流域应用面临成本与门槛问题。自动监测设备等购置、安装、调试及维护需大量资金，资金有限的小型观测项目难以承担；且操作和管理需专业知识和技能，部分观测人员缺乏相关培训，限制了现代技术的广泛应用。

设备维护与更新不及时影响观测质量。观测设备长期运行会老化、损坏，但因资金不足、人员责任心不强等，部分设备缺乏维护，性能下降；同时，因资金、观念等原因，一些小型流域设备更新不及时，观测技术滞后，影响数据质量和工作效率。

（四）人员专业素养问题

观测人员专业素养影响观测工作质量，目前存在技术水平参差不齐的问题。部分人员缺乏系统水文专业知识，对观测原理等了解不深，操作现代观测设备和处理数据能力不足，导致观测数据采集、传输和处理出错，影响工作开展，也使数据缺乏一致性和可比性。

培训机制不完善导致人员专业素养难以提升。针对观测人员的培训缺乏系统性和规范性，内容简单、缺乏针对性和实用性，方式单一、多为理论讲解，频率低，无法满足实际工作需求和跟上技术发展步伐，影响观测工作质量和效率。

四、小型流域水文要素观测的优化策

（一）科学规划观测站点布局

科学规划观测站点布局是提高小型流域水文要素观测质量的基础，需基于流域特征制定合理原则。全面收集流域自然特征资料，结合水文循环和观测目的，确定站点布设密度与位置。在地形复杂、水文变化剧烈区域增加站点密度，平坦稳定区域减少数量。同时，要确保站点覆盖不同地貌单元和水文分区。

优化站点数量与位置可结合多种技术和分析方法，利用 GIS 和遥感技术识别关键区域，建立水文模型模拟不同方案，借鉴国内外经验调整站点，以最小成本获取有效数据。

（二）提升观测数据质量控制水平

建立完善的数据质量监控体系是提升数据质量的关键，要制定严格流程，明确各环节责任。在采集阶段确保仪器运行和操作规范，传输时采用加密技术，校验时自动与人工结合，同时建立评估机制改进措施。

完善数据缺失与异常值处理方法可提高数据可用性。数据缺失少时用插值等方法补充，多时结合水文模型模拟；处理异常值先识别原因，故障或人为错误导致的剔除或修正，特殊水文事件引起的保留分析，建立处理记录和追溯机制。

（三）合理应用与维护观测技术

合理应用观测技术要结合流域实际需求和条件选方法与设备，经济好、环境复杂区域优先用现代技术，有限区域传统与现代结合，加强不同技术融合互补。

建立健全设备维护与更新机制，制定维护计划，定期检查校准，加强人员培训。根据发展和需求制定更新计划，淘汰落后设备，争取资金投入，满足现代观测要求。

（四）加强观测人员队伍建设

加强观测人员队伍建设要开展系统专业技能培训，根据岗位和水平制定个性化方案，采用多种培训方式，

定期组织培训和竞赛提升素养和技能。

建立健全考核与激励机制，制定考核指标体系，结果与薪酬、晋升挂钩，表彰奖励优秀人员，关心其工作生活，稳定队伍。

五、小型流域水文要素观测的发展展望

（一）技术发展趋势

智能化观测设备的研发与应用是小型流域水文要素观测技术的重要发展方向。未来的智能化观测设备将具备更高的自动化程度和智能化水平，如具有自诊断、自校准、自修复功能，能够实时监测设备的运行状态，及时发现和排除故障，提高设备的可靠性和稳定性。同时，智能化观测设备将更加小型化、低功耗，适用于复杂的观测环境，如偏远山区、无人区等。通过集成多种传感器，智能化观测设备能够同时观测多个水文要素，实现多参数同步监测，为水文过程的深入研究提供更丰富的数据。

大数据与人工智能在观测中的融合应用将为小型流域水文要素观测带来新的突破。大数据技术能够对海量的观测数据进行存储、管理和分析，挖掘数据中隐藏的规律和信息，为水文预测预警、水资源管理等提供有力支持。人工智能算法，如机器学习、深度学习等，可以利用历史观测数据建立水文模型，实现对水文要素的精准预测和模拟。例如，利用机器学习算法对降水、径流等水文要素进行预测，提高预测精度和时效性；通过深度学习对遥感图像进行分析，提取植被覆盖、土壤湿度等信息，为流域水文模型提供输入参数。大数据与人工智能的融合将实现水文观测数据的智能化处理和应用，推动小型流域水文要素观测向更加精准、高效的方向发展。

（二）观测网络的完善方向

构建一体化观测网络是小型流域水文观测网络的发展趋势。一体化观测网络将整合地面观测站、自动监测设备、遥感平台等多种观测手段，实现空天地一体化监测，形成全方位、多层次的观测体系。通过地面观测站获取单点的高精度观测数据，通过自动监测设备获取流域内的高频、连续观测数据，通过遥感平台获取大范围的宏观观测数据，将这些数据进行融合处理，能够全面、准确地反映流域的水文状况。一体化观测网络还将实现观测数据的实时传输和共享，为流域水资源管理、防洪减灾等提供及时、准确的信息支持。

加强区域间观测网络的协同是提高小型流域水文观测水平的重要途径。不同区域的小型流域在水文特征、观测条件等方面存在差异，通过加强区域间的协同合作，可以实现观测数据的共享和资源互补。建立区域间的观测数据共享平台，统一数据格式和标准，促进观测数据的交流与利用。开展跨区域的联合观测和研究，共同解决观测中遇到的技术难题，分享观测经验和成果。通过区域间的协同合作，能够扩大观测范围，提高观测数据的代表性和可比性，为区域水资源综合管理和水文科学研究提供更有力的数据支撑。

六、结语​

小型流域水文要素观测是水文工作重要基石，在多领域作用不可替代。本文基于 15 年实践经验，阐述其观测主要内容、常用方法与技术，分析观测实践中站点布局不合理、数据质量不高、技术应用与维护不当、人员专业素养不足等问题，提出科学规划站点布局、提升数据质量控制水平、合理应用与维护观测技术、加强人员队伍建设等优化策略，并展望未来技术发展趋势和观测网络完善方向。

未来工作中，需提升观测技术水平，推动智能化观测设备 发应 加强大数据与人工智能融合，构建一体化、协同化观测网络；重视观测人员队伍 制提高其专业素养与积极性，以提高观测质量和效率，为水文科研和流域可持续发展提供支撑。因本文未涉及具体案例和数据，后续研究可结合实际项目验证完善文中策略与趋势，为观测实践提供更具体可行指导。

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作者简介：孙林旭（1993.02）男，汉族，湖南省新邵县，本科，工程师，从事水文勘测工作