Как вы собираете гидрологические данные?

Цель и роль гидрологического мониторинга

 I. Цель гидрологического мониторинга

1. Освоение гидрологической информации в режиме реального времени: посредством наблюдения и регистрации в режиме реального времени уровня воды, расхода, скорости потока, качества воды и других гидрологических элементов рек, озер, водохранилищ и других водоемов для предоставления своевременной и точной гидрологической информации лицам, принимающим решения.

2. Обеспечение безопасности водных ресурсов: посредством мониторинга изменений качества воды, своевременного выявления проблем загрязнения воды, создания основы для охраны и управления водными ресурсами, обеспечения безопасности и устойчивого использования водных ресурсов.

3. Предотвращение стихийных бедствий: гидрологический мониторинг может заранее предупреждать наводнения, засухи и другие стихийные бедствия, обеспечивать научную основу для предотвращения и смягчения последствий стихийных бедствий, а также сокращать потери от стихийных бедствий.

4. Поддержка научных исследований: данные гидрологического мониторинга для гидрологии, метеорологии, экологии и других научных исследований предоставляют основную информацию, способствующую развитию и прогрессу смежных дисциплин.

 Во-вторых, роль гидрологического мониторинга

1. Управление водными ресурсами: данные гидрологического мониторинга являются важной основой для управления водными ресурсами. Благодаря мониторингу и анализу гидрологических данных мы можем сформулировать разумный план распределения водных ресурсов, оптимизировать структуру использования водных ресурсов и повысить эффективность использования водных ресурсов.

2. Борьба с наводнениями и борьба с засухой: В борьбе с наводнениями и борьбе с засухой гидрологический мониторинг играет жизненно важную роль. Благодаря мониторингу уровня воды, расхода и других гидрологических элементов в режиме реального времени мы можем точно определить тенденцию развития наводнений и засух и предоставить научную основу для принятия решений по борьбе с наводнениями и борьбе с засухой.

3. Охрана окружающей среды: гидрологический мониторинг может помочь своевременно обнаружить проблемы загрязнения воды и обеспечить надежную поддержку данных для отделов охраны окружающей среды. Отслеживая изменения качества воды, мы можем оценить здоровье водоемов, разработать целевые меры защиты для улучшения качества водной среды.

4. Предотвращение и смягчение последствий стихийных бедствий: гидрологический мониторинг играет важную роль в предупреждении и смягчении последствий стихийных бедствий. Благодаря системе раннего оповещения можно заранее обнаружить зачатки стихийных бедствий, таких как наводнения и оползни, и вовремя принять меры предосторожности для сокращения потерь от стихийных бедствий.

5. Поддержка городского строительства: данные гидрологического мониторинга также имеют важное справочное значение в городском планировании, строительстве и управлении. Мониторинг гидрологической информации городских дренажных систем, озер, водохранилищ и других вод может обеспечить научную основу для городского дренажного планирования, контроля за наводнениями и дренажа.

 Методы и способы сбора гидрологических данных

 I. Основные способы сбора гидрологических данных

1. измерение резидента

   - Определение: Гидрологические наблюдатели размещаются на стационарных наблюдательных станциях на реках или водоразделах для наблюдения за гидрологическими элементами, такими как сток, уровень воды и осадки.

   - Классификация: В зависимости от фактических потребностей стационарные измерения можно разделить на постоянные стационарные измерения, стационарные измерения в период паводков или стационарные измерения в течение определенного периода.

   - Характеристики: стационарные измерения являются наиболее простым способом сбора гидрологической информации, но для этого требуется много людей, недостаточно станций, низкая эффективность и другие недостатки.

2. измерение патруля

   - Определение: Гидрологические наблюдатели, осуществляющие регулярный или нерегулярный мониторинг потока воды и других гидрологических элементов в районе или бассейне наблюдательной станции.

   - Классификация: патрулирование может быть региональным, маршрутным, круглогодичным или сезонным.

   - Характеристики: Патрульное измерение является важным средством решения проблемы необслуживаемых станций, обладая высокой гибкостью, широким охватом и другими преимуществами.

3. Интертестирование

   - Определение: гидрологические станции малых и средних рек имеют более 10 лет анализа данных, чтобы доказать, что уровень воды и расход взаимосвязи между годами стабильны, или его изменения в допустимой погрешности, один из элементов (например, расход) для остановки измерения периода времени, а затем тестировать тестовые остановки между тестовым режимом. Остановка периода измерения, значение другого элемента (уровня воды) по измеренному значению, которое должно быть выведено.

   - Характеристики: Взаимные измерения могут сократить частоту наблюдений, экономя рабочую силу и материальные ресурсы, но требуют стабильной взаимосвязи между гидрологическими элементами.

4. Гидрологическое обследование

   - Определение: Для того чтобы компенсировать неадекватность наблюдений за местоположением базовой сети гидрологических станций или для других конкретных целей, используются обследования, расследования, свидетельства и другие средства для сбора гидрологической и связанной с ней информации.

   - Характеристики: гидрологическое обследование по времени и месту менее ограничительное, может быть после дополнительного испытания, и может быть эффективно собрано для понимания базовой станции водосборной площади необходимой гидрологической информации, существует большая гибкость.

 Во-вторых, технические средства сбора гидрологических данных

1. Многофункциональные датчики

   - Применение: Гидрологические обсерватории оснащены различными высокоточными датчиками для измерения гидрологических параметров, таких как уровень воды, скорость потока, расход воды, температура воды, мутность и pH.

   - Преимущества: датчики обладают высокой точностью, возможностью мониторинга в реальном времени и другими характеристиками, что позволяет повысить точность и своевременность сбора данных.

2. Автоматизированное оборудование

   - Применение: использование автоматизированного оборудования, такого как автоматические анализаторы качества воды и автоматические пробоотборники, которые могут работать круглосуточно для автоматического сбора и регистрации данных.

   - Преимущества: Автоматизированное оборудование может снизить количество ошибок и трудоемкость ручного труда, а также повысить эффективность и точность сбора данных.

3. Технология дистанционного зондирования

   - Применение: Технология спутникового дистанционного зондирования и беспилотные летательные аппараты используются для мониторинга широкого спектра вод.

   - Преимущества: Технология дистанционного зондирования может предоставлять макроскопические данные о площади водной поверхности, изменениях в водоемах и использовании водных ресурсов и особенно подходит для труднодоступных районов или районов с широким охватом.

4. Система передачи данных

   - Применение: эффективные системы связи, обеспечивающие передачу данных в режиме реального времени, такие как беспроводная передача, GPRS, сети 4G/5G и т. д., для обеспечения быстрой и стабильной передачи данных в центр мониторинга.

   - Преимущества: Система передачи данных может гарантировать актуальность и целостность данных и обеспечить надежную поддержку последующей обработки и анализа гидрологических данных.

 III. Обработка и анализ гидрологических данных

1. Очистка и предварительная обработка данных

   - Содержание: Очистка собранных данных для удаления шума и аномальных значений; предварительная обработка включает преобразование формата данных, заполнение пропущенных значений и т. д. Цель: Обеспечение точности и полноты данных.

   - Цель: обеспечить точность и согласованность данных, предоставить надежную основу для последующего анализа данных.

2. Обработка данных в реальном времени

   - Применение: применение технологии периферийных вычислений для обработки данных вблизи устройства сбора данных.

   - Преимущества: Сокращает время и задержку передачи данных, улучшает обработку данных в реальном времени и скорость отклика системы.

3. Статистический анализ

   - Содержание: Применение методов статистического анализа для расчета основных статистических показателей гидрологических данных, таких как анализ среднего значения, дисперсии и тренда.

   - Цель: выявить долгосрочные тенденции и сезонные колебания, понять гидрологические характеристики и прогнозировать будущие изменения.

4. Многомерный анализ

   - Содержание: Объединить данные нескольких гидрологических параметров для комплексного анализа, например, взаимосвязь между уровнем воды, расходом и осадками. Цель: Выявить взаимосвязь между различными факторами.

   - Цель: выявить взаимодействие различных факторов и предоставить более полную гидрологическую информацию.

5. Гидрологическое моделирование

   - Применение: Создание и использование гидрологических моделей (например, модели речного стока, модели наводнений) для прогнозирования гидрологических данных. Преимущества: Основано на физических уравнениях и исторических данных.

   - Преимущества: Моделирование потоков, наводнений и изменений водных ресурсов на основе физических уравнений и исторических данных для прогнозирования будущих условий.

 Основные этапы и инструменты сбора гидрологических данных

1. Выбор станций мониторинга

   - В зависимости от цели мониторинга выбрать репрезентативные места в качестве станций мониторинга, такие как ключевые участки рек, центральные части озер, а также входы и выходы водохранилищ.

2. Установка контрольно-измерительного оборудования

   - Дождемер: используется для сбора данных об осадках.

   - Измерители уровня воды: буйкового, напорного, радарного типа и т. д., используемые для контроля изменений уровня воды.

   - Расходомеры: например, механические, электромагнитные, акустические доплеровские расходомеры, используемые для измерения скорости потока воды.

   - Мониторы качества воды: используются для обнаружения загрязняющих веществ и химического состава воды.

   - Оборудование метеостанции: включая термометры, гигрометры, анемометры и т. д., используемое для сбора метеорологических данных.

3. Методы сбора данных

   - Прямое наблюдение:

     - Ручное наблюдение: периодически сотрудники будут посещать объект для наблюдения и регистрации.

     - Автоматический мониторинг: автоматический сбор данных с помощью датчиков.

   - Технология дистанционного зондирования: использование спутникового дистанционного зондирования, аэрофотосъемки и других технологий для получения гидрологической информации на расстоянии, такой как количество осадков, влажность почвы и площадь водоемов.

   - Моделирование: прогнозирование гидрологических процессов с помощью моделирования гидрологических моделей для восполнения недостатка данных полевых наблюдений.

4. Запись данных

   - Электронный регистратор данных: автоматическая запись данных, собранных датчиками.

   - Бумажный журнал: как резервное средство на случай выхода из строя оборудования для автоматической регистрации.

5. Передача данных

   - Проводная передача: передача данных в центр обработки данных по кабелю или оптоволокну.

   - Беспроводная передача:

     - Радиоволна: передача на короткие расстояния, применима к станции мониторинга и центру обработки данных, расположенному близко к корпусу.

     - Спутниковая связь: передача данных на большие расстояния, подходит для станций мониторинга в отдаленных районах.

     - Мобильная сеть: использование GPRS, 3G, 4G и других технологий мобильных сетей для передачи данных.

6. Обработка данных

   - Предварительная обработка: включая очистку данных, обработку выбросов, калибровку данных и т. д.

   - Анализ данных: статистический анализ, анализ тенденций, моделирование и т. д. данных для извлечения полезной информации.

7. Хранение и управление данными

   - Управление базой данных: сохранение обработанных данных в базе данных для удобства поиска и анализа.

   - Резервное копирование данных: регулярно создавайте резервные копии данных, чтобы предотвратить их потерю.

 Факторы, влияющие на точность гидрологических данных

1. Точность и калибровка датчика

   - Качество изготовления датчика, диапазон измерения и разрешение напрямую влияют на точность данных.

   - Датчики, калибровка которых выполняется нерегулярно или неправильно, могут привести к ошибкам в измерениях.

2. Техническое обслуживание оборудования

   - Отсутствие регулярного технического обслуживания может привести к ухудшению производительности оборудования и повлиять на качество данных.

   - Поврежденное или изношенное оборудование, которое не ремонтируется своевременно, также может привести к получению неточных данных.

3. Факторы окружающей среды

   - Климатические условия (например, температура, влажность, скорость ветра) могут влиять на работу датчика.

   - Отложения в водоеме, рост растений, замерзание и т. д. могут помешать измерению уровня и расхода воды.

4. Частота сбора данных

   - Слишком низкая частота сбора данных может привести к пропуску важных гидрологических событий.

   - Слишком высокая частота может привести к получению больших объемов данных, требующих более тщательной обработки и анализа.

5. Передача и хранение данных

   - Потеря сигнала или помехи во время передачи данных могут привести к отсутствию или неполноте данных.

   - Отказ оборудования для хранения данных или неправильное управление данными могут привести к повреждению или потере данных.

6. Человеческая ошибка

   - Ошибки персонала при сборе, регистрации или обработке данных.

   - Неправильная интерпретация данных или методы анализа.

7. Географические и топографические факторы

   - Географическое положение и топография места мониторинга могут влиять на репрезентативность данных.

   - Например, станция мониторинга в долине может неточно отражать гидрологию всего водораздела.

8. Изменение климата

   - Изменение климата может привести к изменениям гидрологических параметров, таких как режим выпадения осадков и скорость эвапотранспирации, что повлияет на долгосрочную согласованность данных.

9. Гидрологические явления

   - Экстремальные гидрологические явления, такие как наводнения, засухи и т. д., могут выходить за пределы диапазона измерений датчиков, что приводит к искажению данных.

10. Технические ограничения

    - Некоторые гидрологические параметры (например, поток грунтовых вод) трудно измерить напрямую, поэтому приходится полагаться на косвенные методы оценки, которые могут иметь большие погрешности.

11. Методы обработки данных

    - Выбор методов обработки и анализа данных может повлиять на точность конечных результатов.

 Меры по обеспечению точности гидрологических данных

- Регулярная калибровка и обслуживание контрольно-измерительного оборудования: обеспечение точности и производительности датчиков и оборудования.

- Используйте высококачественные датчики: выбирайте датчики со стабильной производительностью, чтобы уменьшить погрешности измерений.

- Оптимизируйте частоту сбора данных: установите разумную частоту сбора данных в соответствии с потребностями мониторинга.

- Улучшение систем передачи и хранения данных: обеспечение надежности передачи данных и целостности хранения.

- Сокращение человеческого вмешательства: обучение персонала для сокращения количества ошибок в работе.

- Использовать стандартизированные методы обработки и анализа данных: обеспечить стандартизацию и последовательность обработки данных.

Подводя итог, можно сказать, что сбор гидрологических данных требует комплексного использования различных способов и технических средств, а также выбора и оптимизации в соответствии с фактическими потребностями и техническими условиями. В то же время обработка и анализ данных также являются неотъемлемой частью сбора гидрологических данных, которые могут оказать мощную поддержку управлению водными ресурсами, предупреждению и смягчению последствий стихийных бедствий.