第二节 水文站网
一、定义
测站在地理上的分布网称为站网。广义的站网是指测站及其管理机构所组成的信息采集与处理体系。
二、目的
测站设立的数目与当时当地经济发展情况有关。如何以最少站数来控制广大地区水文、水质要素的变化，这与测站布设位置是否恰当有着密切关系。站网规划就是将测站按照一定的科学原则布设在流域的合适位置上。站网布设后可以把各测站有机地联系起来，使测站发挥出比孤立存在时更大的作用。将所设站网采集到的水信息经过整理分析后，达到可以内插流域内任何地点水文或水质要素的特征值。
三、站网的规划
研究测站在地区上分布的科学性、合理性、最优化等问题。
例如，按站网规划的原则对水文站网中河道流量站进行布设：当流域面积超过3000～5000km2时，应考虑能够利用设站地点的资料，把干流上没有测站地点的径流特性插补出来；预计将修建水利工程的地段，一般应布站观测；对于较小流域，虽然不可能全部设站观测，但应在水文特征分区的基础上，选择有代表性的河流进行观测；在中、小河流上布站时还应当考虑暴雨洪水分析，如对小河应按地质、土壤、植被、河网密集程度等下垫面因素分类布站，布站时还应注意雨量站与流量站的配合；对于平原水网区和建有水利工程的地区，应注意按水量平衡的原则布站。也可以根据实际需要，安排部分测站每年只在部分时期(如汛期或枯水期)进行观测。又如水质监测站的布设，应以监测目标、人类活动对水环境的影响程度和经济条件这3个因素作为考虑的基础。
1949年我国各类水文测站总数仅有353处，其中水文站148处；1984年各类水文测站总数已达21618处，其中水文站3396处，水位站1425处，雨量站16734处，实验站63处。在上述测站中，共计观测流量3396处，水位4821处，泥沙1583处，冰情1103处，雨量16734处，天然水化学分析977处，水质污染监测1752处。1999年，水文站达3683个。到2006年，除台湾省外，据全国水文站网年报统计，全国有国家基本水文站共2936处，水位站1160处，雨量站14373处，水质站4557处，地下水观测井12313处。2005年各类水文站网在保持基本稳定的同时，逐步进行了优化调整，雨量站、水质站、地下水监测站点有所增加。1956年开始统一规划布站，经过多次调整，布局已比较合理，对国民经济发展起到了积极作用。但随着我国水利水电的发展，大规模人类活动的影响不断改变着天然河流产汇流、蓄水及来水量等条件，因此对水文站网要进行适当调整、补充。
四、站网的分类
1.按测验项目分类
站网分为水位站网、流量站网、雨量站网、蒸发站网、泥沙站网、水质站网、地下水观测井网等以及实验站网。
2.按经办单位分类
站网分为国家站网、群众站网。
3.按测站性质分类
站网分为基本站网、专用站网。
基本站网是综合国家经济各方面需要，由国家统一规划建立的。要求以最经济的测站数目，能达到内插任何地点的特征值为目的。基本站网中，站与站之间有密切的联系，一个站的站址变动会影响到邻近测站的布局。因此，一旦基本站网建立了，再变动站址就应慎重考虑。要提交变动论据，并需经流域、省或区相应部门领导机关审定。基本站的工作应根据颁布的各类测验技术规程进行观测、测验，获取数据必须统一整编刊印或以其他方式长期存储。
按水文基本站网的性质和任务，又分为大河控制站、区域代表站、小河站和实验站。
（1）大河控制站的主要任务，是为江河治理，防汛抗旱，制定大规模水资源开发规划以及重大工程的兴建，系统地收集资料，是为探索特征值及其沿河长的变化规律需要而在大河上布设的测站，在整个站网布局中，居首要地位。大河控制站按线的原则布设。
（2）区域代表站的主要作用，是控制流量特征值的空间分布，为探索中等河流水文特征地区规律，解决任一水文分区内任一地点流量特征值，或流量过程资料的内插与计算问题而在有代表性的中等河流上布设的水文站。区域代表站，按照区域原则布设。
（3）小河站主要任务，是为研究暴雨洪水、产流、汇流、产沙、输沙的规律，而收集资料。在大中河流水文站之间的空白地区，往往也需要小河站来补充，满足地理内插和资料移用的需要。因此，小河站是整个水文站网中不可缺少的组成部分。小河站按分类原则布设。
（4）实验站，为对某种水文现象的变化过程或某些水体进行全面深入的实验研究而设立的一个或一组水文测站，如径流实验站、蒸发实验站、水库湖泊实验站、河床演变实验站、沼泽实验站、河口实验站、水土流失实验站、雨量站网密度实验站等。在国外，还有实验性流域和水文基准站。实验性流域是研究一个天然流域经过不同程度不同措施的人工治理后对水循环的影响；水文基准站是研究在自然情况下水循环各因素长期变化的趋势。
专用站网是为科学研究、工程建设、管理运用等特定目的而设立的，它的观测项目、要求及测站的撤销与转移，依设站目的而定，可由该部门自行规定。
基本站网与专用站网，它们的作用是相辅相成的。专用站在面上补充基本站，而基本站在时间系列上辅助专用站。群众站网主要是雨量站，它是对国家站网的补充，对及时指导当地生产建设、防汛抗旱起积极作用。
站网(主要指基本站网)建成后并不是一成不变的，而是应当根据经济发展的需要和测站的实际作用不断加以补充和调整，以满足经济建设和科学研究对水文、水质资料的需要。因此，对布设的站网，需要不断地做下列工作。
（1）站网分析，指为了充分发挥站网整体功能，对现有站网资料进行的分析研究工作。
（2）站网检验，指按一定的原则和方法对现有测站进行设站目的和任务在站网整体功能中的作用等的检查和验证。
（3）站网优化，指在一个地区或流域内使站网能以较少的站点控制基本水要素在时间和空间上的变化且投资少、效率高、整体功能强的分析工作。
（4）站网调整，指为使站网不断优化及随着情况的变化对测站进行增、撤、迁的工作。
五、基本流量站网布设的原则
（一）线的布设
1.定义
沿大河干流每隔适当距离就布设一个测站，站间距离应满足沿河长内插径流特征值的精度要求以及沿河长发布水文情报、预报的需要，见图1-2。
图1-2 线的布设原则示意图
2.公式表达
考虑到流量误差，相邻站间距离应使得径流量R(或流域面积)沿河长有一定的递增率(λ)，一般规定为
3.适用条件
流域面积不小于5000km2(南方为3000km2)的大河干流。
4.规划应用
上游至下游：上游稀，下游密；河流水量最大处或沿河长水量有显著变化的地方：如河流下游、在入汇口处等要设站。
（二）区域的布设
1.定义
根据气候、下垫面等自然地理因素进行水文分区，在分区内选择有代表性的流域布设测站。利用这些站的资料可以进行相似河流的水文计算，而不必在每条中小河流布站。
2.适用条件
流域面积为200～5000km2 (南方为3000km2)的中等河流。
3.注意事项
（1）流域面积对水文特征值影响很大，一般要按不同面积分级布站。
（2）区域原则主要是控制水文特征值在面上的变化，布站在面上要分布均匀。
（3）布站在高度上要分布均匀。
（4）考虑土壤、植被等对产流的影响，流域形状、坡度对河道汇流的影响。
（三）分类原则
1.原因
对流域面积小于200km2的河流，因这类河流数目很多，如采用区域布设代表站则数量过多。这类小河的流域特性差异较大，但小河流域的植被、土壤、地质等因素比较单一，占主导地位的某单项因素，可较灵敏地直接影响支流的形成和变化。且流域越小，单项因素的影响越显著。因此，按下垫面分类原则来布站，即按自然地理条件如湿润地区、沙漠、黄土高原等划分大区；按植被、土壤、地质、河床质组成等下垫面因素进行分类；同一类型按流域面积大小分级，并考虑流域坡度、形状等因素进行布站。
2.目的
在布站的数量上，以能妥善确定产流汇流参数的要求为准。由此原则布设的小河流所搜集的资料，可以应用到相似的、无水文资料的小流域上。
3.适用条件
流域面积小于200km2的小河流。
六、基本水位站网的布设原则
在水文测验中，水位往往是用于推求流量的工具，绝大多数流量站都有水位观测。因此，流量站网的基本水尺，是水位站网的组成部分。
在大河干流、水库湖泊上布设水位站网，主要用以控制水位的转折变化。满足内插精度要求、相邻站之间的水位落差不被观测误差所淹没为原则，确定布站数目的上限和下限。其设站位置，可按下述原则选择：
（1）满足防汛抗旱、分洪滞洪、引水排水、水利工程或交通运输工程的管理运用等需要。
（2）满足江河沿线任何地点推算水位的需要。
（3）尽量与流量站的基本水尺相结合。
七、基本泥沙站网布设原则
在泥沙站网上进行测验，是为流域规划、水库闸坝设计、防洪与河道整治、灌溉放淤、城市供水、水利工程的管理运用、水土保持效益的估计、探索泥沙对污染物的解吸与迁移作用以及有关的科学研究，提供基本资料。
泥沙站也分为大河控制站、区域代表站和小河站。
大河控制站以控制多年平均输沙量的沿程变化为主要目标，按直线原则确定布站数量，并选择相应的流量站观测泥沙。
区域代表站和小河站、以控制输沙模数的空间分布，按一定精度标准内插任一地点的输沙模数为主要目标，采用与流量站网布设相类似的区域原则，确定布站数量；并考虑河流代表性，面上分布均匀，不遗漏输沙模数的高值区和低值区，选择相应的流量站，观测泥沙。
八、水环境监测站网的布设
水环境监测站网是按一定的目的与要求，由适量的各类水质站组成的水环境监测网络。水环境监测站网可分为地表水、地下水和大气降水3种基本类型。根据监测目的或服务对象的不同，各类水质站可组成不同类型的专业监测网或专用监测网。
水环境监测站网规划应遵循以下原则。
（1）以流域为单元进行统一规划。
（2）与水文站网、地下水水位观测井网、雨量观测站网相结合。
（3）各行政区站网规划应与流域站网规划相结合。
（4）站网应不断进行优化调整，力求做到多用途、多功能，具有较强的代表性。
流域机构和各省(自治区、直辖市)水行政主管部门应根据水环境监测工作的需要，建立、健全本流域、本地区水环境监测站网。
九、中国站网布设存在的问题
（1）站网稀且分布不均。世界气象组织（WMO）建议容许最稀站网密度的水平是：一般平原区每站面积1000～2500km2，山区每站面积300～1000km2。我国水文站平均每站面积约为2600km2，其中西部地区小于1／10000（站／km2）。世界各大洲水文站网密度状况见表1-1，中国、美国、苏联三国水文测站数比较见表1-2。
表1-1 世界各大洲水文站网密度状况
表1-2 中国、美国、苏联三国水文测站数比较
注 美国另有8200处不连续观测流量站未计入。另外，因为1991年12月26日苏联宣布解体，所以就没有2006年苏联水文测站的统计数据。
（2）全国的站网各自成一体。水文、水质、环境、气象、地下水等观测项目，分属不同的部门管理，不能统一设站，造成资源浪费。
（3）经济条件制约。一段期间内，政府不可能有较多的经费投入，造成流域上游暴雨区缺少雨量站，湖区、平原区站少，使得水量不清、环境监测不及时，突发事件监测信息缺失或是不完整等。
（4）人类活动对站网的影响。涉及站网调整、资料还原等问题。
（5）测验设施落后。在一定程度上，落后于国际上发达国家的水平。