2.2　测站的分类分级

水文测验围绕着水文要素的观测,无论从测站规划布设、观测实施、资料整编成果汇总、日常运行维护、水文事业统计等,都离不开测站分类。

2.2.1　测站的分类

每个水文测站的观测任务、设备设施、观测方法、观测条件、成果资料有所不同,所处地区、所涉水体有所不同,所具有的服务目的、功能作用、重要性、管理要求也有不同,水文测验工作不仅仅是单纯的资料采集,也包括技术管理、建设管理和技术服务工作,因此对水文测站划分不同类别和不同等级是客观需要的。

1.按观测要素分类

由于水文测验的任务和目的不同,每个水文测站的布局内容也可能不同。实际上,针对不同水文要素自身的分布规律,对其观测点的布置数量,也是不一样的。例如,降水量站就要多于流量站、水位站。水文测站在站网规划和计算站网密度时,总是按照观测项目进行,但站网统计、基础设施统计、设备统计和运行情况统计,则要以每个水文测站按一个单位进行统计,实施管理也是如此。

按观测项目分类实际上是按观测主项分类,每个分类中还涵盖其他观测项目。根据水文测站观测项目的设置情况,分成流量站、水位站、降水量站等,而流量站往往兼有泥沙、降水量等观测,水位站兼有降水量等观测。因为观测主项兼容其他项目,所以按项目分类也反映出测站观测项目的多少、功能作用的重要程度;由于观测主项相对于整个测站的所有观测项目,其场地需要、设施布置、设备配置等投入比重大,因此按项目分类又可以简单反映出测站的建设投入程度。

(1)流量站是水文测站中最重要的一类,是设立在河、渠、湖、库上用以测定水位、流量为主的水文测站。根据需要还可以兼测降水量、水面蒸发、泥沙、墒情、地下水、水质、气象要素等项目,因观测项目较为齐全,流量站通常也被称为水文站。

(2)水位站是以观测水位为主的水文测站,水位站往往兼测降水量、水面蒸发量等项目。通常,水位是流量观测的重要参数,某些情况下在流量站尚未建立前可先设立水位站,而对于平原、圩区、感潮地区,有必要设立一定的代表水位站。

(3)泥沙站是测验河流含沙量、输沙率或颗粒级配的水文测站。因为输沙率测验一般需要流量数据作为支撑,所以泥沙站通常建立在流量站的基础上,也有只进行悬移质含沙量、泥沙颗粒、推移质观测的泥沙站。

(4)降水量站是以观测降水量为主要目的的水文测站。降水量站可以根据需要观测水面蒸发和其他地面观测项目,如气温、气压、风速风向、墒情等。

(5)水面蒸发站是以观测水面蒸发量为主的水文测站,也简称蒸发站。蒸发站根据需要可以观测与蒸发量相关的其他地面观测项目,如气温、气压、风速风向等。根据蒸发观测场地的不同,又可分为陆上水面蒸发场和漂浮水面蒸发场,陆上水面蒸发场是设置在陆面上进行水面蒸发量观测的场地;漂浮水面蒸发场是设置在水体浮筏上进行水面蒸发量观测的场地。

(6)水质站是为掌握水质动态变化,收集和积累水质基本资料而设置的水文测站,也称水质监测站。

(7)地下水站是为探求地下水运动规律进行地下水观测的水文测站。

(8)墒情站是观测土壤含水量为主的水文测站。

2.按设站目的分类

水文测站设站的主要目的是为了掌握水文要素的时空分布规律,开展基本观测,但是也有一些测站不仅仅是为了基本观测,还会有进一步或特殊的客观需求。根据用途可以分为基本站、实验站、专用站和辅助站,不同分类的测站各有其不同的目的和作用。

(1)基本站是为公用目的,经统一规划设立,能获取基本水文要素多年变化情况的水文测站。基本站应保持相对稳定,进行较长期连续观测,所观测资料存入“国家水文数据库”并刊入《中华人民共和国水文年鉴》。

(2)实验站是在天然或人为特定条件下,为开展水文基础研究,进行精细化的观测与试验,深入研究某些专门问题而设立的一个或一组水文测站。实验站也可兼作基本站。

(3)专用站是为工程建设、工程运行管理、专项业务系统运用、专门技术服务等特定目的设立的水文测站。专用站可以兼作基本站,有的专用站还可以兼作实验站,如水库站开展漂浮蒸发观测。

(4)辅助站是为帮助某些基本站正确控制水文情势变化而设立的一个或一组站点。辅助站是基本站的补充,弥补基本站观测资料的不足。在计算站网密度时,辅助站不参加统计。

3.按工作模式分类

水文测站按工作模式(也称测验方式)分为驻测站、巡测站、间测站、自动观测站和委托观测站等。

(1)水文专业人员驻站进行水文测报作业的测站称为驻测站。驻测站需要一定的生活保障设施,如站房、电力、供水、通信等,还需要适当的文体设施。

(2)根据测站分析,在满足精度的条件下,可以简化测次分布的测站,可以采取巡回流动的方式定期或不定期地对一个区域或水系内相关测站的水文要素进行观测的水文测站,称为巡测站。

(3)间测站是指对具备间测条件,并在年际间采用测、停相间的测验方式开展水文要素测验工作的水文测站。间测站一般可采用停一年测一年或停几年测一年的工作方式。

(4)自动观测站是采用仪器设备对水文要素进行自动观测的水文测站,并利用通信技术自动传送水文数据。自动完成观测、记录、传送、存储等,历史上曾经将水情自动测报站称为遥测站。

(5)对于观测难度较低,经过培训委托附近群众承担观测任务的测站称为委托观测站,简称委托站。委托站主要为降水量站、地下水站等。

4.按测验水体的类型分类

涉及自然水体的水文测站,按其测验水体的类型分为:河道站、渠道站、水库站、湖泊站和感潮站等。

(1)河道站是在天然河道上设置的水文测站。河道站根据其所在河流级别又可分为干流站、支流站等;根据其所在位置又分为内陆河流站、国际河流站、省界断面站等。

(2)渠道站是在人工河渠上设置的水文测站。

(3)水库站是针对水库进出水量变化进行水文要素观测而设置的水文测站。水库站又分为入库站、出库站和库区观测站等。

(4)湖泊站是针对湖泊水量变化和水位变化而在湖泊出口、进口或湖区进行水文要素观测而设置的水文测站。

(5)感潮站是在感潮河段、濒岸海域专门进行潮水位和潮流量等潮汐水文要素观测而设置的水文测站,分潮位站、潮流量站,又分为河道站、海洋站。

5.按观测连续性分类

通常,水文测站的观测都是长期连续的,但也有因为任务需求或者条件限制而仅在局部时段观测。由此,可将水文测站分为连续观测站和不连续观测站。

(1)连续观测站是对水文要素系统连续地进行观测的水文测站。这类测站具有全年连续记录的原始资料,可提供逐日水位、逐日流量或逐日含沙量等全年完整的成果资料。

(2)不连续观测站是对部分或全部水文要素视其变化情况间歇观测或受迫缺失观测的水文测站。如只在汛期或洪水期观测,而在其他时间不进行观测,这些站不能提供全年完整的年度成果资料,有的潮位站因地形原因甚至连日内观测都可能不完整。

6.按设站年限分类

不同用途的测站,观测年限往往不同,有的需要永久观测,有的可能仅仅针对特殊需要而进行短期观测,有的在获得规律后可能停止观测。根据测站观测时间长短,分为基准站、长期站、短期站和临时站。

(1)基准站是为监测长周期气候演变引起的水文效应和分析人类活动对水文情势的影响,而设置的基本站。基准站应选取观测条件好,具有区域代表性的测站,并无限期进行观测。为达到长期观测的目的,基准站要设立在自然地理环境长期保持相对稳定的流域内,并配备较好的仪器设备,使其观测质量高于一般测站。

(2)长期站是指在基本水文站网中为探索水文要素时序规律,而积累长系列资料的重要水文测站。在这些测站中除个别测验条件太差或达不到设站目的者,均长期观测甚至是无限期地给予保留。

(3)短期站是作为加密站网,探索水文要素空间分布规律而设置的基本水文测站。当满足设站目的时,应及时撤销或停止一些已满足生产需要的观测项目,将人力物力转移到其他需要的地点设站观测,以便逐步解决无资料地区水文计算的困难,实现对基本水文要素时空变化的全面控制。

(4)临时站是为某一专门用途或目的而临时设立的水文测站。

7.其他分类

(1)降水量站按设站目的和资料的代表性,分为面降水量站和配套降水量站。

(2)水文站按测流渡河设施,分为缆道站、船测站、桥测站、堰闸站等。

(3)水文测站按照水情信息报送与否,分报汛站和非报汛站。报汛站也称水情站,报汛站又分为常年站(全年提供水情信息)、汛期站(只在汛期提供水情信息)、辅助站(当水情达到一定标准时,或因临时需要按规定要求提供水情信息)3种。

(4)水文测站按观测手段可分为人工观测站和自动观测站。由于早期自动观测设备的性能、精度不够理想,不能达到驻测站的资料质量要求,因此曾经长期不能应用到基本观测中去。到21世纪初,水位项目自动观测已经基本成熟可靠、降水量项目自动观测在湿润地区也基本能够满足需要,流量自动观测刚刚开始起步,其他项目还有技术问题有待解决。

(5)水文测站按管理部门隶属关系,可分省级水文机构、流域机构水文部门和其它部门设立管理的测站。

(6)按功能和服务对象,水文测站还可以按防汛抗旱、水资源管理、水土保持、水工程运行管理、水生态监测等分类。

2.2.2　测站的分级

水文测站在流域水系上地理条件的不同,附近或相关区域人类活动对水文资料的依赖程度不同,其相应的重要性也不同,测站的作用也不同。随之,其任务需求也就不同、精度需求也会不同、测站基础设施和仪器设备的配置标准也有不同,形成了作用地位和管理要求的区别。

1.按汇流面积和作用分级

河流是降水产流和汇流的结果,一个河道站所流经的径流,来自本地产流区域的降水和上游过境水。不同汇流面积,径流变化影响不同,其作用大小、作用范围也不同。在天然河道上的流量站,根据测站的控制面积分为大河控制站、区域代表站和小河站。

(1)大河控制站是为掌握河流流量沿程递变状况、局部或全域汇流状况,探索大河水文要素变化规律,按既定控制面积或区间距离,在其河流上布设的水文测站。大河站对于防汛抗旱、水资源调度等的作用影响具有举足轻重的地位。

(2)中等河流众多,不可能也没有必要在每一条河流上布设测站,没有设站河流的流量特征是通过相邻流域内插获得。区域代表站是按既定控制面积,为探索中等河流地区水文要素变化规律,选择适当的河流以及位置,获得的观测结果对于区域内中等河流水文情态的反映具有代表性的作用,所布设的水文测站。布设的目的在于控制流量特征值的空间分布,通过径流资料的移用技术提供分区内其他河流流量特征值或流量过程。

(3)小河站是为探索不同下垫面条件下的小面积径流变化规律,积累暴雨洪水资料,选择具有不同代表性的小河流,按既定控制面积或区域特征布设的水文测站。

2.按精度要求分级

不同的水文测站因作用、用途和需求的不同而所要求的资料精度也有所不同。将国家基本站中的流量站和泥沙站,按测验精度等级分为一类精度站、二类精度站和三类精度站。《河流流量测验规范》(GB 50179—2015)和《河流悬移质泥沙测验规范》(GB 50159—2015)分别规定了流量和悬移质泥沙测验的各类精度站的测验系统误差、随机误差等误差控制指标,并通过误差试验、方法比较等技术工作确定不同水文条件下的测验方案,以满足精度要求。通常,对大河站测验精度要求比较高,这也是误差传递规律所决定的。

3.按服务层面划分

根据测站的服务范围、影响程度或者服务对象的层级以及重要性等情况,基本水文站分为国家重要水文站、省级重要水文站、一般水文站;报汛站分为中央报汛站、地方报汛站、专用报汛站。