1.1　我国水文测验的发展历史

1.1.1　古代(1840年以前)

早在4000年以前,我们的祖先已经懂得治水必先知水,大禹治水以疏代堵。春秋战国时期的芍陂、邗沟运河、都江堰,秦代的灵渠,隋代至元代修成的京杭大运河等伟大的水利工程,都比较符合当地水文总体情势而能长期发挥作用,这些足以证明当时的人们对水文知识已具有一定的认识。

公元前251年,李冰在岷江都江堰设立石人观测水位,是最具实际表象的水文观测活动。至隋代,改用木桩、石碑或在岸边石崖上刻划成“水则”观测江河水位。宋熙宁八年(1075年),重要河流上已有记录每天水位的“水历”。宋代的吴江水则碑已把水位与附近农田受淹情况相联系。另一种水位记录的形式为从唐广德二年(764年)开始的长江涪陵白鹤梁的石鱼题刻枯水位记录,刻记长江水位低于石鱼图刻的水位痕迹。至1949年止的近1200年间,共刻有低于石鱼图的特枯水位题记72年,为中国历史上最长的实测枯水位记录。

公元前11世纪的商代,甲骨文中有降雨的定性记述。从秦代开始,历代都有要求全国各地报雨的制度。宋淳祐七年(1247年),《数书九章》中记有“天池盆”测雨的具体计算方法。明洪熙元年(1425年),制成统一尺寸的雨量器,令全国各地观测雨量。清雍正二年(1724年)开始逐日记录北京的天气状况、降雨降雪的起止时间和雨雪大小的定性描述,称《晴明风雨录》。

战国时期的慎到在黄河龙门用“流浮竹”测定河水流速;汉元始四年(公元4年)张戎提出黄河含沙量“河水重浊,号为一石水而六斗泥”;宋元丰元年(1078年),开始出现以河流断面面积和水流速度来估计河流流量的概念。

春秋战国以后,《山海经》《尚书·禹贡》《周礼·职方式》《水经注》《徐霞客游记》《黄帝内经·素问》《吕氏春秋·圜道篇》《论衡》等,都记载了有关水文地理、水文现象、成因认知、水文机理甚至水循环的概念。

总之,中国古代水文工作随水利建设的发展而发展。中国古代在工程水文、对水循环的定性描述、水文地理研究诸方面都曾有很好的业绩。水文测报开始较早,并逐步发展到一定规模,但大多数水文观测时断时续,观测记录和工程水文档案未能系统保存下来,技术经验也未能很好地总结流传。

1.1.2　近代(1840—1949年)

明清以来,西方诸国科学技术迅速发展,在世界上,中国水文却从早期的先进变为相对落后的状况。近代意义的水文测站设立始于19世纪中叶。1840年鸦片战争后,中国沦为半封建半殖民地国家,被迫开放口岸,入侵中国的西方侵略者为了其航运业的安全与发展,从清咸丰十年(1860年)起,在其控制的沿江和沿海(上海、汉口、天津、广州等地)设立水尺观测水位,为其舰船航行服务。与此同时,入侵者在中国各地教堂设立测候所,收集降水量等气象资料,最早的有北京(1841年)、香港(1853年)、上海徐家汇(1873年)等。从此,我国开始使用近代科学方法系统观测收集水文资料。从清光绪八年(1882年)起,在每10年一期的《最近十年各埠海关报告》上刊布雨量水位月年特征统计表。清宣统三年(1911年),清江浦设江淮水利测量局,中国开启了自己掌握的近代水文测验工作。

民国时期,我国水文工作有所加强。民国三年(1914年),成立全国水利局。其后,陆续成立广东治河处、顺直水利委员会、扬子江水道讨论委员会、太湖水利工程处、导淮委员会和黄河水利委员会等流域机构,主持开展各流域的水文工作。民国十一年(1922年),水利专家、第一任黄河水利委员会委员长李仪祉明确提出了重视“水事测量”(即水文测验)的建议。民国十六年(1927年),他在主持陕西水利工作时,制定了陕西测水站规划及其设置组织大纲,后来在黄河水利委员会工作时,又以站网规划的观点提出了水文站、水标站(水位站)、气象站规划布设的地点,并提出了“水文测量包括流速、流量、水位、含沙量、雨量、蒸发、风向以及其他关于气候之记载事项”,明确规定了水文测站的观测内容。民国十九年(1930年),全国建设委员会设立湘鄂湖江水文总站和岳阳水文分站,负责洞庭湖地区水文测验工作。民国二十三年(1934年),全国经济委员会成立,内设水利处,负责管理水利(含水文)业务,另设中央水工试验所。当年,首次提出黄河流域布设水文站网的规划,并提出了至今仍有重要参考价值的布设水文站网的思想。到20世纪30年代,水文站网得到了发展,水文部门整理和刊布了早期的水文和雨量资料。至民国26年卢沟桥事变前夕,全国有水文站409处,水位站636处,雨量站1592处,总计2637处。卢沟桥事变后,国民政府迁往重庆,全国经济委员会撤销,成立经济部。中央水工试验所于民国二十七年(1938年)10月设立水文研究站,统筹西南各省水文测验。民国三十年,成立水利委员会,下设工务处第四科主管水文与勘测。民国三十一年(1942年),中央水工试验所改为中央水利实验处。抗日战争胜利后,水利委员会于民国三十五年(1946年)迁回南京,水文研究站改为水文研究所。次年6月,水利委员会改组为水利部,内设水文司,管理水文事业。经过长期战争,全国水文工作大部分停顿。至1949年新中国成立时,只接收水文站148处,连同其他测站,总计353处。

1.1.3　现代(1949年以来)

1949年后,水文站网发展加快,经过艰苦努力,在全国初步布设了较完善的水文站网。之后,我国进行过4次规模较大的水文站网规划、论证和调整工作。1955年在学习苏联经验的基础上,对大、中、小河流,分别采用线的原则、面的原则和站群原则进行了规划。1964年在原有水文站网已收集到一定数量水文资料的基础上,用概念性水文模型检验站网,发现问题,研究改进站网,规划由定性分析向定量分析迈进了一大步。1978年根据站网中存在的问题,如小河站少、雨量站不足、西部站网过稀、受水工程影响后水账不清等问题,通过分析研究编制了近期(1985年以前)水文站网调整充实规划。1983—1986年为加强站网建设,逐步形成科学合理的站网布局,以满足国民经济及各行各业对水文资料的需求,编制了近期(1985—1990年)和远期(1991—2000年)水文站网调整发展规划。2000年以来,组织编制了《全国水文事业发展规划》等综合规划,组织编制了全国中小河流水文监测、地下水监测、水质监测、土壤墒情监测和水文实验站等专项监测站网规划,以及组织编制了《全国水文基础设施建设规划(2013—2020年》等建设规划,加强了全国水文基础设施建设,组织开展了全国中小河流水文监测系统建设、国家防汛抗旱指挥系统工程建设、国家水资源监控能力项目建设和国家地下水监测工程项目建设等,水文站网建设取得了跨越式的发展。

到2015年底,全国水文部门共有各类水文测站99575处,包括国家基本水文站3151处(含其他部门管理的国家基本水文站72处)、专用水文站2555处、水位站11180处、雨量站49403处、蒸发站14处、墒情站1856处、水质站14560处、地下水站16800处、实验站56处,其中向县级以上防汛指挥部门报送水文信息的水文测站45863处,发布预报的水文测站1247处。水文部门共有从业人员59403人,其中在职职工25827人,委托观测员33576人。

经过长期努力,水文监测取得了长足的进步。水文要素的观测项目覆盖全面,开展了水位、流量、含沙量、推移质、河床质、降水量、蒸发、地下水、冰情、墒情、水温、水质、土壤含水量等多项水文要素的观测,流域、河段的水文调查与勘测也得到了发展,积累了大量、连续、系统、可靠的水文资料。随着时代的不断发展,水文测验装备技术不断进步,经历了人工、机械、机电、电子时代的发展过程,现在已经进入了计算机和信息化时代,高科技手段得到运用,部分水文技术装备的应用已达到了世界先进水平。水文测验技术和测验方法发生了根本性的变化,自动观测成为发展的方向,巡测得到大力发展,水位、降水量观测基本实现了自动采集、自动存储、自动报汛,水文信息传输的时效性和可靠性大为提高;流量测验使用水文缆道或水文测船测验智能控制系统、声学多普勒流速剖面仪,实现了流量的自动测验或半自动测验;计算机整编技术的应用提高了水文资料整编的效率,全面恢复水文资料年鉴刊印,提高水文资料质量,水文数据库的建立,标志着水文信息处理、存储、应用技术的飞跃,已经实现从数据采集到水文资料整编的对接;水文基础设施从建设规模、功能和标准等方面都发生了巨大变化。加入ISO和WTO之后,水文测验技术标准体系不断完善,制定和修订了大量技术规范,水文测验标准化工作得到了发展,使监测技术更趋于统一、测验成果更为可靠。

近30年来,水文行业不断推进水文测验现代化的进程,提高水文监测能力,提升水文测验服务水平,以高准确性和高时效性切实支撑提高我国的防汛抗旱与水资源管理等方面的水平,在三峡工程建设、1998年抗击洪水、汶川地震抢险、长江口整治工程等重大工程建设和抗御自然灾害中,履职尽责,经受了考验,不辱使命,发挥了不可或缺的重要的作用。多年来,通过践行“大水文”理念,促进水文事业大发展,取得了显著的成就。随着改革的进一步深入,面对机制体制的变化和调整的需要,水文行业正在迈入新一轮发展周期。