淺論水文測站的設計與建設

苗清 靳君 吳偉波

摘要：水資源是社會發展與與人類生存賴以生存的重要資源。因此對地球水文環境進行監測是十分重要的工作，通過對水文環境進行檢測，可以對水資源的開發與利用提供重要參考。也有助于人類對自然水文環境進行更好的控制與管理。水文測站的建設是實現收集水文信息、監測自然水環境變化的重要基地，目前我國對水文測站的建設十分重視，投資建設的車站已經遍布全國。但是在實際設計與建設中仍然存在一些不足之處，本文主要對水文測站設計與建設進行分析，為做好水文監測工作提供參考。

關鍵詞：水文測站;監控系統;信息收集;設計與建設

引言：水文測站的建設對收集與整理區域水文資料具有重要意義。在設計與建設的過程中，需要對測站的選址布局、硬件設備;軟件系統以及數據管理工作上進行嚴格的質量管控，從而使水文測站的功能不斷優化。同時水文測站的建設與設計還需要與信息科技時代背景相融合，以提升對我國水文情況的開發效率。

1、水文測站建設的意義

首先，水文測站的建設可以對區域內的各種水文信息進行收集分析，從而有效控制水資源動態。例如：對降水量信息進行分析，從而可以精確的發布防洪抗災預警?？茖W防范各種水利地址災害，為科學防御水旱災害提供了堅實的技術支撐。其次各類建設項目加快實施，水文能力建設持續加強。水量、水質、水生態監測體系不斷完善，水文服務向縱深發展。最后，水文測站的建設可以對全國水文情況進行有效的掌握和控制，從而改善水資源分布不均的情況。

2、水文測站的布設原則

2.1密度合理性原則

在水文測站建設時，布站間距不宜過小，布站數量不宜過多，任何兩個相鄰測站之間流量特征值的變化，不應小于一定的遞變率。否則這種變化和測驗誤差將很難區分。由此可以確定布站數量的下限。同時布站間距也不能過大，布站數量不能過少，否則將難以保證按5%10%的精度標準，內插干流沿線任一地點的流量特征值。由此，又可以確定布站數量的上限。

當估計出布站數量的上限和下限之后，還應綜合考慮重要城鎮、重要經濟區防洪的需要，大支流的入匯，大型湖泊、水庫的調蓄作用以及測驗通訊和交通、生活條件等因素，選定布站位置。

2.2代表性原則

水文測站的建設要選擇代表站的河流和河段。需要有較好的代表性和測驗條件;能控制徑流等值線明顯的轉折與走向盡量不遺漏等值線的高、低中心;控制面積內的水利工程措施少;無過大的空白地區;綜合考慮防汛，水利工程規劃、設計、管理運用等需要;盡量照顧交通和生活條件。

2.3水位控制原則

在大河干流、水庫湖泊上布設水位測站，主要用以控制水位的轉折變化滿足內插精度要求、相鄰站之間的水位落差不被觀測誤差所淹沒為原則確定布站數目的上限和下限。必須要滿足防汛抗旱、分洪滯洪、引水排水、水利工程或交通運輸工程的管理運用等需要;滿足江河沿線任何地點推算水位的需要;盡量與流量站的基本水尺相結合。

3、水文測站建筑設計

3.1選址設計

水文測站選址及布局要想建設水文測站首先應該對建站的目的和測驗項目的功能進行明確，在滿足設站的目的和觀測精度的要求下，選擇在觀測方便，測驗資料計算整理簡便，交通、生活便利和靠近城鎮或居民點的地點。

3.2防汛值班室和纜道房合建

防汛值班室和纜道房合建之后，建筑面積更大，可以將其設計為不同風格的建筑這與以前單獨建設纜道房相比，具有一定的優勢。防汛值班房與纜道房的合建，對于水文管理與水文測驗工作來說是非常方便的。按照以前水文測站的布局來看，每測一次需要2個人或者3個人員，合建之后，水位測井也會建在纜道房中，合理布置纜道設備，將玻璃門窗設計為落地式，河道視野與以前相比要更加開闊，這樣一來只需要1個人就能將流量測驗任務完成了。防汛值班房與纜道房合建之后，房間的利用率得到了提高，工程造價得到了減少對于水文測站建設來說，水位測井的位置選擇是十分重要的，應該保證水位測井底部比最低水位低0.5m左右，同時還要盡量選擇防沖瘀的、水管短的位置建設水位測井，如果水位測井布局不理想，會使工程投資得到大幅度的增加，從而對水文觀測的精度造成影響。

4、水文測站的系統建設

水文測站是收集水文資料的重要場所。水文測站的實時視頻監控的建立要求設備搭配合理、選型性價比高、采集及時準確、處理操作簡單、維護方便快捷、系統長期穩定。其多分布于市區、郊外、山間等，周邊環境復雜，受到技術的限制，監控系統采用的是模擬信號采集和傳輸，此方式的圖像采集分辨率低、信號不穩定、控制不方便、傳輸單一、可拓展性差，以及簡單的水情觀測、定點監測已不能適應綜合防范的需求。因此升級和增加監控設備設施十分必要。對目前管理局對水文測站提出的水情信息實時性、周邊環境安全性、測量設施運行穩定性以及針對突發事件監控及時性，開展基于互聯網的水文測站實時視頻監控系統研究。

4.1系統硬件設計

硬件系統設計包含紅外防水槍型攝像機、高速智能球機以及硬件結構框架設計。 將原有水尺監控點模擬信號攝像頭按照上述選型更換為數字高清攝像頭，并且新增各點位槍機和球機均采用數字高清攝像頭;將原有模擬信號傳輸線路更替為光纖傳輸，實現多路一線共享傳輸，提升數據的安全性、穩定性、經濟性;局域網內任意計算機經過授權均可瀏覽、控制、調播監控點圖像;中心服務站掛硬盤錄像機，對前端設備采集的高清圖像進行全程24小時錄像;優化終端圖像顯示軟件，整合原有監測點圖像控制。

4.2軟件系統設計

在對水文測站實時視頻進行監控時，需要對視頻圖像中的邊緣進行檢測，從而判斷監測區域的結束與開始。利用互聯網技術，將攝像機中拍攝的視頻圖像進行傳輸，并通過專用通訊通道，將視頻圖像發送到系統上位機當中，將視頻圖像的邊緣、亮度以及平臺區域圖像紋理空間結構進行特征提取。利用數學變換得到局部灰度變化率，再通過設置閾值的方式找出邊緣信息。

總結：水文測站的建設對分析區域內河流、湖泊的流經以及其他水資源的情況具有重要意義。因此分析測站布設的原則十分重要，從測站建筑的建設與設備的設計運用兩方面做出分析，一提升水文測站的建設質量與運行效率。

參考文獻：

[1]李祥坤，李正雷.青海省中小河流遙測雨量站應用與維護探析[J].分析儀器，2018，（5）：169-172.

[2]焦顯松. 水文資料“四隨”質量監控評價系統構架[J]. 水利技術監督，2020（01）：6-7+63.