应对气候变化：水文测量与水质检测在极端水文事件监测中的作用概述

摘要：极端水文事件（洪水、干旱、暴雨、复合灾害）的精准监测与风险评估，需依赖水文测量与水质检测技术的深度协同。水文测量技术（雷达降水、ADCP流量、遥感水位等）提供水量动态的关键数据，支撑淹没范围划定与洪峰预警；水质检测技术（原位光谱探头、实验室质谱、遥感反演等）则揭示污染物迁移规律，预警水源污染与生态退化。二者在极端事件中呈现紧密耦合：本文对水文测量与水质检测在极端水文事件监测中的作用进行了概述。

关键词：水文测量；水质检测；极端水文事件；作用

一、极端事件监测的特殊挑战

现有技术体系在应对新型极端事件时面临多重瓶颈：恶劣环境数据获取困境：洪水淹没区传感器易损毁、通信中断；干旱区设备因高温失灵；风暴潮导致海上观测平台失联，关键数据链断裂。高时空分辨率需求迫切：山洪暴发需分钟级水位预警，城市内涝依赖米级精度的积水点定位，而卫星遥感仍受重访周期（小时级）与云层干扰限制。早期预警信号识别困难：干旱初期土壤湿度微弱变化、洪水前河道流量异常波动等“微弱信号”易被噪声掩盖，现有算法灵敏度不足。多因素灾害评估复杂性：需同步量化水量突变（如洪峰流量）与水质恶化（如污染扩散、溶解氧暴跌）的双重胁迫效应，跨学科模型融合尚不成熟。基础设施脆弱性桎梏：极端事件本身破坏监测站点（如洪水冲毁水文站），形成“灾害摧毁监测能力→数据缺失→预警失效”的恶性循环。

二、水文测量技术在极端水文事件监测中的作用

2.1核心水文测量要素与技术体系

水文测量技术通过多尺度、多平台手段捕捉水循环关键变量，构成极端事件监测的物理基础：降水量：地面站网：翻斗式（实时性强）、称重式（适应固态降水）雨量站提供点位精确数据，但空间代表性有限。雷达测雨：通过反射率反演降水强度，覆盖范围广（半径200km），可分钟级更新，但存在波束遮挡和衰减误差。卫星遥感：利用微波/红外波段反演全球降水，突破无人区限制，但时空分辨率和精度受云层影响。水位/流量：接触式水位计：浮子式（机械稳定）、压力式（深水适用）、超声波（抗污垢）需接触水体，洪灾中易损毁。非接触式技术：雷达/激光水位计（如雷达波测距）避免物理接触，适用于暴涨暴落河道；声学多普勒流速剖面仪实现断面流量实时监测。遥感补充：卫星测高、无人机摄影测量生成洪淹数字高程模型，快速估算淹没范围与水深。土壤湿度：点尺度探针精度高；卫星实现区域连续监测，但浅层（<5cm）敏感性不足。积雪/冰川：地面站点测量雪深/雪水当量；光学卫星识别范围，微波穿透云层监测雪深，激光测高量化冰川物质平衡。蒸散发：涡动相关塔（直接测量水热通量）、波文比系统（能量平衡法）为基准；遥感模型推求区域蒸散发，支撑干旱评估。

2.2 技术优势与局限性辩证分析

优势：：直接证据链：提供水量动态的物理观测值（如洪峰流量、土壤含水率），避免间接推演误差；预警系统基石：实时数据流直通预警平台（如美国NWS洪水预警依赖全美8000个水文站）；模型驱动力：率定水文模型参数（如曼宁系数），提升极端情景模拟可信度。

局限性：尺度错配：点测量（雨量站）难以代表区域降水，面遥感（土壤湿度卫星）忽略局部变异；环境脆弱性：洪水损毁率>30%（如2021年河南洪灾水文站瘫痪），极寒导致传感器失效；成本与技术门槛：高精度ADCP单台超10万美元，激光扫描无人机操作需专业培训；遥感固有约束：降水卫星反演误差达20%-40%，土壤湿度微波遥感深度分辨率不足；

数据融合瓶颈：多源异构数据（站点+雷达+卫星）的同化算法仍待优化（如卡尔曼滤波适应性）。

三、水质检测技术在极端水文事件监测中的作用

3.1水质检测技术体系：从原位快速感知到实验室精准溯源

（1）原位/在线监测技术

多参数集成探头：同步测量溶解氧、pH、电导率、浊度、温度等基础指标，实时传输数据至预警平台，适用于洪水突发污染追踪。光谱分析法：紫外-可见光谱：在线检测硝酸盐、COD等污染物浓度，响应时间<1分钟；荧光光谱：识别溶解性有机物（DOM）来源（如污水溢流特征荧光峰），灵敏度达ppb级。生物传感器：利用微生物、酶或细胞对污染物的特异性响应（如发光菌毒性检测），可预警重金属/有机毒物突发泄漏，但环境适应性待提升。

（2）实验室标准分析方法

污染物精准鉴定：色谱-质谱联用定量分析农药、多环芳烃等痕量有机污染物（检出限低至ppt级）；营养盐与微生物检测：国标法（如钼酸铵分光光度法测总磷）确保数据权威性；滤膜培养法计数粪大肠菌群，溯源洪水后病原体传播风险；不可替代性：为污染事件责任认定（如化工厂泄漏）及长期生态影响评估提供法律级证据链。

（3）遥感监测技术

原理与参数反演：浊度：基于水体反射率与悬浮泥沙浓度的相关性；叶绿素a：蓝绿波段反射峰比值反演藻类生物量；有色溶解有机物：紫外波段吸收特性制图。适用场景：大范围污染扩散监测（如风暴潮后盐水入侵范围制图）；局限性：受云层、大气校正误差干扰；反演精度低于原位测量（相对误差>30%）；无法检测无光学活性污染物（如重金属）。

3.2 极端事件场景下的技术应用与决策价值

（1）洪水事件：污染扩散与水源安全

污染物动态追踪：原位浊度探头实时监测泥沙冲刷强度；荧光光谱识别污水厂溢流信号；实验室GC-MS确认工业污染物种类（如苯系物）。饮用水源风险预警：多参数探头网络（如水库入口）触发溶解氧骤降、氨氮超标警报，支撑水厂工艺调整。盐水入侵监测：电导率传感器+卫星遥感协同绘制风暴潮后咸淡水界面推移轨迹。灾后恢复评估：连续监测BOD、微生物指标，判定水体自净周期（如郑州洪灾后贾鲁河恢复历时21天）。

（2）干旱事件：水质恶化与生态胁迫

污染物浓缩效应：在线电导率仪记录河道盐度上升；实验室离子色谱分析重金属富集程度。溶解氧危机与藻华：原位荧光仪预警蓝藻暴发；DO传感器监测缺氧黑臭水体。生态系统耐受力评估：生物毒性测试（如大型蚤急性毒性实验）量化干旱期污水厂尾水生态风险。

（3）暴雨与城市内涝：面源污染冲击

合流制溢流监测：在线氨氮/COD探头识别污水混流峰值，联动降雨数据优化截流闸控制。城市面源污染负荷：暴雨期路面径流采样实验室分析（石油烃、微塑料），构建污染源清单。受纳水体冲击评估：无人机载光谱仪快速扫描河道空间分布，定位污染热点区。

（4）复合事件：多因素叠加效应

“高温干旱+暴雨”引发水华：干旱期营养盐积累（实验室总磷监测>0.1 mg/L）叠加暴雨径流输入，触发原位荧光仪藻类暴发警报。“野火+暴雨”污染物释放：火灾后土壤疏水性增强，实验室检测暴雨径流中多环芳烃浓度升幅达10倍，溯源至灰烬淋溶。

四、水文测量与水质检测的协同作用与集成监测

水量与水质的不可分割性极端事件中水文过程与水质变化深度耦合：洪水：高流速冲刷底泥/污染物（如化工厂残留重金属），水量动态（淹没范围、流速）直接决定污染扩散路径；

干旱：低流量导致污染物浓缩（如盐度、营养盐）、溶解氧暴跌，水文情势恶化加剧水质危机；复合事件：“高温干旱+暴雨”触发沉积污染物二次释放，水量突变与水质响应呈非线性关联。通过灾害综合影响评估、污染溯源与归因、生态响应机制解析、预警系统优化等手段，使水文测量（水量动态）与水质检测（污染响应）的集成，实现了极端事件中“物理过程-化学过程-生态效应”的全链条监测，推动灾害管理从单一水文预警向“水安全-水环境-水生态”综合决策升级，从而达到水文测量与水质检测的协同监测的目的。

龚颖、女、汉族、湖南省怀化水文水资源勘测中心、助理工程师、研究方向：水文水资源