水资源（水量）监测技术方法

1. 水资源（水量）监测技术方法 水利部水文局水资源监测与评价处 章树安 处长/教高 2011年5月

2. 目 录 一、为什么要开展水资源监测？ 二、水资源监测站网规划主要原则 三、水资源监测主要技术方法

3. 一、为什么要开展水资源监测？

4. 1.1水资源监测定义与水文监测主要区别 • 1.1.1 定义 水资源监测（water resource monitoring ） • 对水资源的数量、质量、分布状况、开发利用保护现状进行定时、定位分析与观测的活动。 • 水资源监测从广义上讲就是对自然水循环和社会水循环过程中水文要素进行监测。 • 自然水循环主要包括：降水、蒸发、地表径流、土壤水、地下水；社会水循环主要包括对供、取、耗、排用水过程进行监测。

5. 1.1.2 与水文监测主要区别 • 1、站网布设。传统水文监测主要以河流水系为基础进行水文站网布设，体现在一条线上；而水资源监测站网布设，除水文监测外，还涉及取用水，土壤与地下水等，由线到面，由陆面（平面）到立体。 • 2、主要监测方法与手段。水文监测以驻站测验为主，巡测和自动监测为辅，流量测验不要求在线监测；水资源监测以巡测和自动监测为主，驻测为辅，结合调查统计，流量监测一般要求实现在线监测。

6. 1.2 为什么要开展水资源监测 • 1.2.1 中央1号文件要求 • 1、水是生命之源、生产之要、生态之基。兴水利、除水害、事关人类生存、经济发展、社会进步，历来是治国安邦的大事。 • 2、实行最严格的水资源管理制度 • （1）建立用水总量控制制度。 • （2）建立用水效率控制制度。 • （3）建立水资源水功能区限制纳污制度。 • （4）建立水资源管理责任和考核制度。

7. 3、对水文工作的要求 • 加强水文气象基础设施建设，扩大覆盖范围，优化站网布局，着力增强重点地区、重要城市、地下水超采区水文测报能力，加快应急机动监测能力建设，实现资料共享，全面提高服务水平。加强监测预警能力建设，加大投入，整合资源，提高雨情汛情旱情预报水平。加强水源保护和水质监测，确保工程长期发挥效益。加强水量水质监测能力，为强化监督考核提供技术支撑。

8. 1.2.2 是实施大水文发展的需要 1、概况 新中国成立以来，随着我国水利和国民经济建设的快速发展，水文事业已快速发展。目前基本形成覆盖主要江河湖库、布局较为合理、功能比较完备的水文站网体系。全国水文系统现有各类水文测站39799处，其中国家基本水文站3183处、水位站1407处、雨量站15750处、水质站6097处、地下水站12522处；主要江河干流水文自动测报能力得到较明显提高，水文信息服务范围不断扩大，水文服务能力与水平不断提升。为国民经济建设、防汛抗旱减灾、水资源科学管理、水环境保护与水生态修复等提供了大量信息服务和决策支持，取得了巨大的社会和经济效益。特别是近年来，在全球气候变化日趋明显、经济社会发展日新月异、水资源条件深刻变化的历史背景下，水文的基础地位更加重要，支撑作用更加突出，发展前景更加广阔。

9. 2、问题 一是当前我国水文站网总体密度较低，不能满足防汛抗旱减灾、水资源管理、水环境和水生态保护等方面的要求，特别是为中小河流治理、防治山洪灾害、抗旱、行政区界水资源管理服务的站网非常稀少。 二是自动监测与应急机动监测能力较低，水文自动测报系统整体覆盖率不高，特别是地下水、土壤墒情、水质等要素的监测，大部分还是人工监测；应急机动监测能力整体不强，没有形成应急机动监测体系。 三是水文信息服务整体水平不高，目前大多数信息服务还处在基本信息提供方面，深入分析的成果与产品较少；在山洪、城市洪涝预警预测、旱情定量综合分析评价、水资源配置与水生态修复分析评价等还相当薄弱。 四是服务领域还比较狭窄，在服务国民经济建设、城乡发展以及农村水利、饮水安全、水土保持、水利工程运行管理等方面的还不够深入。 五是水文管理体制与机构设置还不能满足实行最严格的水资源管理制度需要。

10. 3、措施 • 一是要加快水文站网建设，夯实水利发展基础。 • 二是加强水文监测，提高应急监测能力。 • 三是加强水文服务，全面提高服务水平。 • 四是切实加强对水文工作领导，积极推进水文现代化建设。

11. A B E D C 1.2.3 国家水资源管理系统建设需要 1、系统总体设计 • 服务对象 政府水行政主管部门 取用水户 社会公众 国家水资源管理系统 科研及规划设计部门 政府相关职能部门

12. 总体建设目标 在全国水利信息化建设基础上 形成支撑国家水资源管理体系的工作业务平台和决策支持系统 以水资源管理业务为重点 国家水资源管理系统 覆盖中央、流域和省（自治区、直辖市）三级水资源管理机构 使各级水行政主管部门更好地履行水资源管理的职责,落实“三 条红线”管理 以水源、输水、供水、用水、排水等水资源开发利用主要环节以及大江大河行政边界控制断面、水功能区监测为基础 以国家电子政务外网和国家防汛指挥系统骨干网为依托 实现水资源优化配置、高效利用和科学保护的目标 以水资源业务应用和管理决策支持系统为核心

13. 二、水资源监测站网规划主要原则

14. 2.1 最严格水资源管理制度红线控制目标 1. 用水总量控制指标 以2008年《水资源公报》统计的全国用水量5910亿立方米为基础， • 2015年，全国用水总量控制在6200亿立方米以内， • 2020年，全国年用水总量力争控制在6700亿立方米以内， • 2030年，全国用水总量力争控制在7000亿立方米以内。

15. 2.用水效率控制红线 监督考核指标 2015年，全国万元工业增加值用水量比现状下降30%以上，农业灌溉水有效利用系数提高到0.53以上。 监测评价指标 2015年，农田实际亩均灌溉用水量降到400立方米以下，规模以上工业企业用水重复率提高到90%，城镇节水器具普及率达到85%以上。

16. 3. 水功能区限制纳污红线 2015年，饮用水源区水质达标率总体上不低于90%，省界缓冲区水质达标率不低于60%，保护区和保留区水质达标率有所提高。全国重要江河湖泊水功能区水质化学需氧量（COD）和氨氮达标率达到60%以上。 注： 氨氮是指水中以游离氨（NH3）和铵离子（NH4）形式存在的氮。 动物性有机物的含氮量一般较植物性有机物为高。同时，人畜粪便中含氮有机物很不稳定，容易分解成氨。因此，水中氨氮含量增高时指以氨或铵离子形式存在的化合氨。

17. 2.2 水资源水量监测站网规划的思路与目标 1、基本思路 • 围绕水资源开发利用和用水效率红线控制目标要求，明确行政区界（省界、地市界）、地下水、取用水监测站网布设的原则，提出具体的行政区界监测断面名录、地下水控制代表井名录、取用水监测目标； • 优先对流域和行政区域水量分配方案确定的地区进行部署（25条河流、52条河流）；对用水效率指标已分解到地区、行业和重点用水监控单位的，开展用水效率监测与复核； • 加快开展水资源监测工作，满足对相应流域和行政区域水资源管理监测评估和监督考核的要求。

18. 2、坚持五个结合的原则 • 一是要结合水文事业发展规划、十二五建设规划等成果进行规划； • 二是要充分结合目前正在开展的河湖普查相关成果； • 三是地下水监测站选择应充分考虑国家地下水监测工程项目和机井普查成果； • 四是要重点规划好拟开展水量分配方案的52条河流； • 五是要与已开展或规划的水质监测断面相结合，水量水质监测断面难以统一在同一位置的，可以省界水质断面等代表的省界缓冲区的水质与水量监测站相匹配。

19. 3、水资源监测目标 地表水监测目标

20. 取水计量监测目标

21. 通过典型监测与抽样调查，基本满足用水效率控制指标监督考核和监测评价的有关要求通过典型监测与抽样调查，基本满足用水效率控制指标监督考核和监测评价的有关要求 • 行业用水监测目标 • 2015年前，对确定的国家重点用水监控单位，重点监控万元GDP用水量、农田实际亩均灌溉用水量、工业用水重复利用率、城镇人均生活用水量等指标

22. 地下水监测目标 • 重点对地下水超采区、保护区和水源地等进行地下水水位监测。 2015年，对超采区进行监测与调查；抓紧落实《国家地下水监测工程》项目，加快国家地下水监测网络系统建设，基本满足对各水资源一级区地下水开发利用的全面监控，地下水监测基本满足地下水禁采、限采等要求。

23. 2.3 水资源水量监测站网布设原则 1、地表水 ①省界断面监测 • 省界断面定义：本规划中的省界断面是指上下游分别穿越不同的省（自治区、直辖市）行政区界的主要河流（湖泊）的水量监测断面。凡省界附近一定范围内设有水文站（水文控制断面），区间无支流分散，水量连续的，或通过上下游断面量测的水量数据内插计算能满足精度要求的，可作为省界监测断面。

24. 省界监测断面的布设原则： • 大江大河干流的省界必须设置监测断面（涉及到左右岸界时应根据实际用水量情况在省际河段内加密布设监测断面）； • 流域内一级支流或水系集水面积>1000Km2的河流所涉及的省界应设置监测断面； • 重要调水（供水）沿线跨省界、跨流域的应设置监测断面； • 水系集水面积<1000Km2水事敏感区域或水质污染严重的河流所涉及的省界应设置监测断面、开展监测。 ---结合参考：全国水文站网普查与功能评价报告 水资源水量监浊技术导则

25. ②设区市界控制断面监测 设区市界控制断面定义：由各省（区、市）根据区域实际情况和水量控制需求来确定。 设区市界控制断面的选取原则： • 省界断面中可以兼做区市界断面的应作为区市界控制断面（涉及到左右岸界时应根据实际用水量情况在市际河段内加密布设监测断面）； • 大江大河的二级支流或河流集水面积>500 km2的区市界应设置控制断面； • 重要的跨区市界、跨流域（水系）调水（供水）线路上应布设控制断面。 • 水系集水面积<500Km2水事敏感区域河流的设区市界应设置控制断面、开展监测。

26. 2、地下水监测 • 地下水的监测依托现有地下水监测站网，并结合国家地下水监测工程和各省已建和规划建设的地下水自动监测系统的站网，满足分层位对地下水位、开采量考核指标的监控要求。

27. 监测站点选取原则 • 以水文地质单元和地市或县级行政区相结合为原则。浅层开采模数大于1万方/km2的每县不少于5眼，其余1-3眼；深层应在主要开发利用的含水层中布设控制代表井，开采模数大于0.3万方/km2每县不少于3眼，其余不少于1眼；若主采层包含多个含水层，则应分别布设。 • 特殊类型区可适当加密。其中地下水大型严重超采区不少于20眼，中小型严重超采区不少于10眼，大型一般超采区不少于10眼，中小型一般超采区不少于5眼。水源地要求开展水位、水量、水质同步监测，宜采用自动监测，大型水源地不少于10眼，中小型水源地不小于5眼。

28. 3、取用水量监测 基本原则 • 以能够满足取用水计量监测目标为原则，采用水文部门有选择监测和对其他部门的监测资料汇交、复核方法实现监测目标。 • 水文部门可选择重要或大型取水口门或用水户进行典型监测，对其他监测数据进行抽样复核和资料汇交、整编和水量平衡分析计算。

29. 农业取用水的监测。主要对大型灌区取水口进行监测与水量复核，对重要的中型灌区进行抽样监测与统计复核，开展分析评价。 • 工业取用水的监测。对工业取水用户进行抽样监测与统计复核。对确定的国家用水监控单位主要产品用水定额进行监测评价，开展水平衡测试分析。 • 居民用水的监测。重点针对居民用水习惯、用水器皿以及节水意识等进行抽样调查，抽样核查用水量（水表），进行统计分析。

30. 三、水资源监测主要技术方法

31. 3.1 地表水流量主要监测方法 适宜采用自动监测的断面应尽量选用自动监测技术；采用调查的监测断面应按《水文调查规范》执行。一般情况下， • 水位应采用自动监测记录； • 河道流量测验应根据河道断面、水流等实际情况，采取人工或自动测流技术，一般可选用流速仪法、量水建筑物法、声学法（时差法、走航式ADCP、水平ADCP等）、电磁法、示踪剂稀释法等测验方法。当流量监测断面能建立稳定可靠的水位流量关系时，应采用推流的方法。

32. 监测频次一般按《河流流量测验规范》、《水资源水量技术导则》等规范执行，并根据水资源管理要求适当加密频次，以满足能控制水量变化过程为原则。监测频次一般按《河流流量测验规范》、《水资源水量技术导则》等规范执行，并根据水资源管理要求适当加密频次，以满足能控制水量变化过程为原则。 • 各监测断面应根据其水位流量关系、河道断面水文特性等情况，逐断面分析论证，确定具体流量监测方案及设备设施配置。

33. ①自动监测站（水位水量自动监测站，无人值守站）①自动监测站（水位水量自动监测站，无人值守站） 水位监测 • 建水位井。根据测站水位变幅建立水位井，在井内配置浮子或压力式水位计，水位能自动记录和存储，并通过RTU自动传输。我国绝大多数地区适用。 • 不建水位井。在我国黄河等多沙河流，由于淤积等因素，不适宜建水位井，一般采用超声波水位计。一般将仪器设立在岸边支架上，水位能自动记录和存储，并通过RTU自动传输。

34. 流量监测 • 自动流量采集仪器设备，目前在我国河道观测常用的自动流量采集仪器设备，主要有：时差法超声波流量计、H-ADCP、走航式ADCP（需要有渡河设施设备，如测船）。主要适用于河流河床较为稳定、无流沙等河道或大型渠道、人工河等。 • 推流计算。通过水位自动监测数据，利用水力学法（如堰槽、水工建筑物等）进行推流计算。主要适用于水位流量关系比较稳定河道，中小型渠道或小型河道等。

35. ②巡测站（水位自动监测，水量巡测站） 水位监测 • 同自动流量站的水位监测。 流量监测 • 简易流量测验设施，主要包括过河索（设备）或小型测船，断面标志、断面整治等，采用流速仪人工测流。 • 推流。通过水位自动监测数据，利用水力学法（如堰槽、水工建筑物等）进行推流计算。主要适用于水位流量关系比较稳定河道，中小型渠道或小型河道等。通过人工测流校核水位流量关系曲线。 • 巡测车桥上测流。如断面附近有桥，可通过巡测车在桥上人工测流。目前推荐使用的巡测车套（车辆+液压传输设备+测流设备+数据接收处理系统）。

36. 测流槽－巴歇尔槽和孙奈利槽 这两种被推荐的常用测流槽主要用于渠道的流量测量，可以用于自由流和淹没流两种流态。选用时要考虑被测流量的变化范围、有效水头、非淹没极限及最大淹没系数、河道或渠道特性、通过测流槽所能允许的水头损失总量、加深河床和提供一个跌水的可能性、所要求的测验精度、水流是否挟沙、使用固定槽或可移动槽所需要的操作条件等因素。

37. ③驻测站（传统水文站） 水位 • 同自动流量站水位。 流量 • 一般要建设较大跨度的缆道，配置计算机控制的自动测流系统。 • 无法建立缆道的测流断面，可采取测船，配置计算机控制的自动测流系统。也可配置测船，用走航式ADCP测流。 • 标准水文站配置，取决于缆道跨度和测船马力，一般跨度铁塔+缆道+驱动+缆道房+自动（半自动）控制台。

38. 3.2 地下水主要监测方法 地下水水位监测主要有人工和自动监测两种方式。 • 监测频次一般按《地下水监测规范》执行，并根据地下水位监控要求适当加密频次，以满足对区域地下水水位动态变化过程控制为原则。 • 人工监测：5日/次 • 自动监测：每日/次（每4小时记录1次） • 各地下水控制代表井应根据其监测层位、监测频次等的要求，逐井分析论证，确定具体地下水位监测方案。

39. 地下水开采量监测一般分为农业、工业和居民用水等的监测。主要监测技术：水表（电表）监测、调查统计法和综合分析方法。地下水开采量监测一般分为农业、工业和居民用水等的监测。主要监测技术：水表（电表）监测、调查统计法和综合分析方法。 一般情况下， • 农业用水监测应采用典型监测与调查统计相结合的方法（如用水定额法 ）； • 工业和居民用水监测应针对已安装的水表（电表），采用抽样调查和综合统计分析方法，对其计量设备进行抽样监测与复核。 • 也可探讨建立区域地下水位变化与开采量的关系

40. 水位测量仪器 测量明渠输水断面面积必须测量水位，测量蓄水量也要测量水位。因此，水位仪器是水量测量的必须仪器 。水位仪器分类： • （1）水尺。 是一切水位测量的基准。 • （2）接触式水位测量装置。包括水位测针、悬锤式水位计。 • （3）浮子式水位计。 • （4）压力式水位计。 分为投入式与气泡式两类。 • （5）超声波水位计。 分为气介质和液介质两类。 • （6）微波(雷达)水位计.利用微波在水面的反射测水位. • （7）电子水尺.这是一种触点感应式 水位测量装置,

41. 3、取用水主要监测方法 • 明渠取水口一般可选用断面流量监测技术方法； • 管道取水的流量测验一般可采用水表法、电磁流量计法、农用水表法、声学管道流量计法等； • 地下水一般参照地下水开采量监测方法。 应尽可能以自动监测为主，实现对各取用水的实时监控。

42. 管道流量计主要类型 • 声学时差法管道流量计 • 声学多普勒管道流量计 • 电磁管道流量计 • 涡街流量计 （工业用） • 水表（ 冷水水表、电子远传水表 ） • 孔板流量计 • 管道流速仪流量计 （涡轮流量计） • ——非满管管道流量计

43. 声学时差法管道流量计简介 • 应用时差法原理测量满管水流的一个或几个直径的平均流速，或几个平行水层的平均流速，由此推算管道平均流速，再依据管道过水断面面积推算流量。仪器的声学换能器安装在管壁外或接入管道，和主机用专用电缆连接。 • 可用于各种直径的圆形管道，也可用于各种形状的过水涵洞 。 可用于任何水质。 • 一般只使用单路（声束）的流量计。管道直径很大时， 或 流量测量准确性要求高时，应使用多路（声束）的流量计，测量两个以上直径（或水层）的流速。 • 流量测量准确度等级分为0.5、1.0、1.5、2.5、5.0五级，宜应用1.5级和2.5级。

44. 外夹式时差法管道流量计

45. 声学多普勒管道流量计简介 • 声学多普勒管道流量计应用多普勒原理测量管道内的流速分布，由测得流速推求管道内平均流速，再根据管道内径推算流量。 • 仪器分夹装式、整体式（带测量管）、插入式三种。夹装式的声学换能器装在管壁外，带测量管的流量计将测量管整体接入管道中，插入式流量计应按要求在管道壁上开孔，插入安装仪器。都需要用电缆连接换能器和流量计主机。 • 由于采用多普勒测速，不能用于清水，标准要求含沙量不能小于0.06kg/ m3 • 流量测量准确度等级分为1.5、2.0、2.5三级

46. 多普勒管道流量计 插入式多普勒管道流量计 外夹式多普勒管道流量计

47. 电磁管道流量计简介 • 电磁管道流量计应用电磁原理测量管道中水流平均速度，再由管道内径推算流量。 • 电磁管道流量计有分离型和一体型两种型式。分离型的传感器和转换器（主机）是分开的，用电缆连接。一体型的传感器和转换器是一个整体，一起安装在管道上。 • 可用于不同管径，较广泛地用于水流量测量。 • 测量的流速上限范围较广，为0.5～10m/s， • 流量测量准确度等级分为0.2、0.5、1.0、1.5、2.5五级，一般应用1.5级、2.5级 。

48. 接管型电磁管道流量计产品

49. 冷水水表和电子远传水表 冷水水表基本应用叶轮原理测量过水量。用于管道常温累积水量计量 。读数显示水的体积总量 。 • 在冷水水表（基表）的基础上，增加水流量信号的机电转换单元和信号处理单元，构成电子远传水表。电子远传水表具有信息存储、信号远传传输等功能，用于水量自动监测。 • 一般冷水水表和电子远传水表的水量计量最大允许误差，在流量测量范围的低端为±5%，在其余部分为±2%。 • 它们适用于清水计量 ，不适应 含沙水流。 • 电子远传水表应 符合冷水水表的技术要求，能自动计量水量。保证已记录数据不会丢失。

50. 管道流速仪流量计 • 用测量点流速的流速仪测量管道内固定点的流速，由此点流速推求平均流速，再计算流量。可以使用转子式流速仪、电磁流速仪、声学多普勒点流速仪，都需要固定安装在管道内。 • 管道流速仪流量计应用的流速仪应能在要求的环境下（水质、压力、流速）连续正常工作一个月以上时间。 提供由所测点流速计算流量的方法。流速仪需要定期维护。 • 流量测量误差应能达到±5%。