面对面丨蒋建平：水文勘测装备应用，要遵从需求导向

身为水利部长江水利委员会水文局长江下游水文水资源勘测局（下称水文下游局）技术管理室主任的蒋建平，在水文行业奋斗了四十余年，如今乐此不彼做的一件事就是推广以国产ADCP为代表的水文新技术新装备，以推动水文现代化提档升级。

▲长江下游水文水资源勘测局技术管理室主任蒋建平

从1981年参加工作至今，蒋建平一直工作在一线，亲身经历了传统水文向现代水文的转变。而这一转变的关键就是新技术、新设备的应用，从电子计算机应用数据处理，到GNSS、ADCP及多波束测深系统，再到机载激光雷达、无人船测深测流、无人机雷达波测速及侧扫测速雷达等等，以现代水文勘测装备为代表的先进技术的应用，正助推着水文行业向全要素、全量程、全自动监测目标迈进。

随着国产水文勘测装备的崛起，这无疑对当前水文现代化建设是一大福音。对此，蒋建平认为，国内水文勘测装备企业要以水文行业的需求为导向，对“症”服务，才能让水文勘测装备更好地造福水文行业。“现在水文勘测新装备新技术有很多，但并不是所有设备都能做到拿来就能用，毕竟每种设备都有自己的适用范围和条件，还需要根据现场水文特性进行测试分析，因此能真正满足要求的设备还是不多。”他如是说。

新装备助水文提档升级

蒋建平使用的第一个现代化水文勘测装备是施测流量的ADCP。上世纪九十年代，为解决长江南京二桥前期可行性研究开展的全潮水文测验因不能在长江航道抛上锚施测的难题，水文下游局借用了长江口水文水资源勘测局引进的国内首台ADCP用于流量走航式测验。当装备ADCP的水文测船从沿断面航行后，现场就测出了每个位置的流速、流向和流量等水文要素，它比传统流量测验方法的效率提高了几十倍。

随后，水文下游局也引进了ADCP，同时还配置了GNSS和罗经，以解决ADCP大流量时误差的校准问题。这是因为河底床面泥沙运动的速度，导致ADCP底跟踪模式测得的船速相对于河底的速度严重失真，使流量测验不准确。在流量较大时其现象尤其突出，表现为在底跟踪时施测的流量偏小。蒋建平举例道，2020年7月的长江南京段流量在84800m³/s时采用ADCP底跟踪流量只有66000m³/s，偏小22.2%。采用GNSS和罗经接入校准后就解决了这个问题，保障流量测验精度。值得一提的是，水文下游局是全国第一个将ADCP用于流量基本资料收集的单位。

▲2016年蒋建平指导开展国产ADCP比测工作

蒋建平作为水文下游局最先使用ADCP的人，见证了ADCP监测流量带来的高效率。他举例道，在长江干流断面一般在一至两公里宽，以往传统转子式流速仪施测一次需要花两三个小时，在流量变化较大时监测的流量误差就会大。“因为在测的过程中，水的流量一直在变化。”而ADCP仅需40～50分钟就能完成，测到的不仅是全断面分层的数据，且精度高。“在配备GNSS和罗经之前，ADCP虽然能快速完成施测，但在大流速或大流量时测到的数据往往是错误的。”蒋建平说。通过水利部水文司将该技术作为水文测验新技术的推广，GNSS和罗经也就逐渐成为全国各水文站ADCP测流时标配设备，推动了水文行业从传统向现代化迈进。

蒋建平使用的第二个现代化水文勘测设备是多波束测量系统。1998年长江大洪水后，一家仪器设备公司捐赠给长江水利委员会水文局一套进口的多波束测深及前视声纳系统，它以带条方式进行测量，测量覆盖程度高，对水下地形可100%覆盖，能完全反映细微地形。由于是100%覆盖，其大量的水深点数据使等值线生成真实可靠，且测量结果受外界不利因素影响可减小到最低。同时，它在前视声纳模式工作时，能对水下物体进行打捞搜寻。后处理软件功能也很强大，能对测量资料进行多种成图处理，可生成等值线图、三维立体图、彩色图像、剖面图等，可满足不同比例尺的测图需要，还可对堤防安全、险工险段、抛石护岸等监测及水下沉船等物体进行搜寻，大大提高了测深效率。

此后，陆续涌现的水文勘测新技术新装备，不断助力水文行业提档升级。其中，无人机搭载雷达流速仪、倾斜相机和激光雷达等设备，让水文部门不仅可以在快速响应、环境恶劣的条件下，降低了人工测量的危险系数，提高了工作效率和测量精度，而且还可以快速获取两岸高精度DSM（数字表面模型）、DOM（数字正射影像图）、DEM（数字高程模型）等地形成果；无人船搭载测深仪、ADCP、侧扫声纳等设备，让水文部门可以更好地开展水下地形地貌测量、水文水质勘测、暗管普查等作业任务。

选择合适设备，让水文监测难题不再难

在水文勘测装备的赋能下，尽管水文行业构建了“空天地”一体化水文监测体系，但离实现水文全要素、全量程自动监测这一目标还有一段距离。

在水文全要素自动监测方面，泥沙是目前水文行业仅未实现自动监测的水文要素。蒋建平指出，当前泥沙监测最准确的方法仍是烘干称重，即取水样后，把沉淀后的泥沙放在烘箱里烘干，然后对其进行称重，算出含沙量。尽管烘干称重方法测沙的数据精准，但过程繁琐，效率低下，满足不了新时代自动监测的需求。于是，水文部门开展了基于声学和光学原理等现代化泥沙监测设备的比测。然而，复杂的水流泥沙特性让这些现代化泥沙监测设备难以获取准确的含沙量数据。“因为来水的不同水体中的悬移质含量复杂，这时现代化泥沙监测设备就会把有机物当作泥沙去测，这样一来测出来的数据通常是错误的；还有就是不同的悬移质泥沙颗粒大小监测的数据各不相同，给自动监测带来困难。”蒋建平解释道。

▲蒋建平作《水流观测与数据处理》报告

在水文全量程自动监测方面，水文行业存在“大流速易测、小流速难测”的现象。蒋建平表示，目前水文行业拥有的测流设备，尤其是国产测流设备，几乎都是适用于较大流速及流量监测，以致于水文部门在面对小流速监测时“无计可施”。

如何破解上述两大难题，蒋建平给出了自己的建议：要通过了解水文要素特性和规律，找到合适的监测设备，还可从采用不同设备分段组合施测方法，才能让水文难题不再难。“因为每种设备都有适用的范围和条件，只要找到合适的设备，才能测到准确的数据。”他指出，针对泥沙和小流速的自动监测，水文部门要做的是先了解测区内泥沙和流速的特性，掌握其运行规律后，然后选择各自合适的监测设备。“设备没有先进和落后，只有合适与不合适。换言之，只要设备能监测到正确数据，那么它就是合适的设备。如果监测不到，再贵的设备也没用。”蒋建平说。

以需求为导向，对“症”研发水文勘测装备

为了让水文部门选择到适合的水文勘测设备，包括水文勘测装备企业在内的国内厂家要做的是以需求为导向，对“症”研发水文勘测装备。蒋建平以小流量走航式监测为例，他建议以中海达为代表的国产水文勘测装备厂家要重视2000～3000KHz的高频ADCP研发。“目前市面上的国产走航的ADCP频率范围都在300～1200KHz之间，能够准确测量3m以上水深河流的数据，但3m以下水深河流的数据测不准。”他强调，高频ADCP的应用前景要大于低频ADCP。“毕竟我国小河流要多于大河流。”

同时，蒋建平建议国内水文勘测装备企业要丰富装备的功能，包括软件的功能。“用户对监测数据都是通过软件实现交互，直观的图表及接口是软件关键，还要了解水文测验规范的要求。”他指出，目前国内水文勘测装备企业存在“重硬件、轻软件”的现象，使得软件跟不上需求，导致用户需要对监测数据进行再加工，这也是国产设备与进口设备差距最大的地方。

“有差距不可怕，可怕的是不付诸行动。”蒋建平坚信，国内水文勘测装备生产企业只有行动起来，按需研发，推出适合水文行业需求的设备，才能更好地为水文现代化建设服务。

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