3.1 水文测验体系的构成
3.1.1 水文测验管理体系的要素
1.主导观念
水文测验管理体系的主导观念是水文监测体系创新的核心,明确水文测验工作是以供给为导向还是以需求为导向这一关键问题,能为水文测验管理体系的创新指明方向。以供给为导向的水文测验工作,是在未对社会需求作深入分析、资料直接使用单位缺位的情况下,按照自身的行业传统和工作惯性开展的水文测验工作,这种主导观念没有对经济社会发展的需求变化进行持续分析和适应,导致水文测验与实际需要脱节、社会需求满足程度不高、测验资源存在浪费等一系列问题。以需求为导向,则必然要成为未来水文测验管理体系创新的主导观念和发展方向,从经济社会发展中不断变化的防汛减灾、工程建设、生态保护以及新兴的水资源管理、突发事件应急监测等各种社会需求对水文的真实需要出发,确定其对水文测验的范围、种类、质量、时效的相关要求,创新水文监测体系中的站网布设、测验方式、技术手段、仪器设备,切实满足社会真实需求。
2.工作思路
水文测验管理体系的工作思路是水文测验工作的重点,即确定水文测验工作是以产品生产的思路开展,还是以提供服务的理念进行。产品思路,是指生产出水文测验的这一“产品”,是一个内向型、程序化和具有封闭特征的过程。然而,而水文测验在本质上,是一种信息“服务”,不仅信息要满足“客户”对水文信息的数量、质量和时效要求,还要在方式、姿态和体验上充分体现服务理念,特别是要将重心放在开放共享的信息服务重心的建设上。
3.支撑要素
水文测验管理体系的支撑要素包括水文测验行业内部的理论研究和行业外部的科技发展。基础理论,是指研究水文测验一般规律、基本方法与主要原理并为水文测验实践与应用提供指导的基本研究成果。水文测验的基础理论,包括诸如水文科学的一般原理,水位、流量、泥沙等水文要素变化的一般原理与机制,水位、流量、泥沙单次测验,以及通过有限次测验成果推算连续水文要素过程的基本原理与方法等。理论研究的支撑功能在于,为整个水文测验的各种方法提供理论依据与基础支撑,让水文测验成果的实现途径,在一个科学的架构之上和成熟的研究基础上。科学技术,是指能够促进水文测验工作进步的通用和公共的、揭示规律的理论体系和促进发展的方法创新,以及其在实际中的应用。科技发展的支撑功能在于,通过改善外部环境、创造劳动工具和革新工作手段等方式影响水文测验工作的实现过程。
4.发展环境
水文测验管理体系的发展环境包括自然地理、交通通信等物质环境和单位性质、投入机制等制度环境两个方面。相对于迅速改善的物质环境,制度环境对于水文测验管理体系发展的影响更为深远和复杂。作为以公益性事业为本质特征的单位,在事业单位分类改革中处理其与营利性和行政性的关系,准确定位单位的性质,决定了水文测验管理体系的命运及其在经济社会发展中的作用发挥。水文行业的经费投入,直接决定其能力与水平的发挥,投资体制与投入方式的不同(如基建投入与运行投入的分配)也深刻影响驻测或巡测的测验方式发展与转变。
5.水文站网
水文测验的基础是水文站网。传统的水文站网规划布设的原理和方法是按照流域和总量两个特点来进行,已经不能满足经济社会发展和中国特殊情况对水文站网的分布与功能提出的新要求。水文监测体系创新中水文站网的变革方向在于,不但要解决行政区划与自然流域山河形态相背离所产生的矛盾,加强对行政区划交界处的站网布设,还要重视社会新的需求,在取排水地、重要城市、重要工程等地规划水文站网,而且应在站网规划与布设中充分重视和体现新技术和方法对站网的要求。
6.测验方式
水文监测体系的各种要素,落实到具体的水文测验的组织形式、生产方式和工作模式上,就是测验方式,或者成为测验模式。测验方式主要包括4种类型:驻测、巡测、水文调查、应急监测,其中主要的就是驻测和巡测以及两种方式相结合的方式。驻测强调稳定的固定断面以及长期连续大量的水文资料对经济社会发展的基础支撑,而巡测则主张在已有长期大量水文资料的基础上,再作有限水文测验信息的必要补充。
3.1.2 水文测验管理体系的技术结构
1.社会需求分析驱动技术要求
水文测验为满足社会需求而产生和发展。然而,既不同于能够完全交由市场配置的私人产品,也不同于满足个性化需要、选择性获取、差异化供给的诸如教育、文化、医疗等“准”公共产品,水文测验产品属于满足共同需要、联合消费、同质化供给的“纯”公共产品。其对社会需求的满足,无法交由市场完成,而只能有计划、有意识地进行分析,确定社会对水文测验的范围、种类、精度、时效等方面的需要,并以量化指标和规定程序的形式为体现,最终驱动技术要求的形成。由于人为的需求分析远不及市场这只看不见的手的配置和调节那样迅速和精准,我们更要不断适时分析,将其转化为符合真实需要的技术要求。
2.基础理论研究驱动技术方法
水文测验的所有技术方法都是由基础理论研究转化而来的。基础理论为技术方法提供依据和支撑,技术方法是基础理论的应用和规范。基础理论作为与水文测验本身最为直接相关的驱动性要素,往往能给水文测验体系带来最为深刻和本质的变革。表面上,水文测验的基本理论早已成熟和完善,并在大范围内得以验证,看似创新的空间不大;然而,实际上,作为一门偏向于经验和实证的科学,在针对不同河流特性的应用过程中,这些基本理论又存在极大的突破余地,长江委水文局提出的综合落差指数法的发展便是最好的例证。即便是成熟的同一基本理论,对其理解上的细微偏差,也可能导致水文测验体系发展的巨大分歧,这便要求对基础理论的研究和应用更加深入和审慎。
3.科学技术应用驱动技术手段
科学技术的应用转化为通用工具和专业设备,直接促进水文测验技术手段的进步。例如,半导体技术的应用、计算机迅速普及,使水文测验的计算手段跨越式发展,计算效率大幅提升;信息技术的应用、通信设备涌现,让水文信息的传输手段迅猛发展,大大提高了时效性和准确性。然而,不是所有的科技成果都能直接迅速转化为水文测验的技术手段,例如,多普勒原理早已公认,声学测量技术也普及多时,ADCP的诞生却仅有20年的历史,而即便拥有了ADCP,将其成功作为水文流量测验的基本手段,也只是最近的发展。行业规模与特性使然,科学技术大多不会自动转化为水文测验的专业技术手段,要具针对性地引进、研发、应用和再创新,才能真正促进技术手段进步。
4.技术要求、技术方法和技术手段构成技术方案
通过以驱动方式作为抽象逻辑的划分标准,将技术方案分解为分工与职能明显、且相互作用关系清晰的技术要求、技术方法和技术手段,有助于解释技术方案的内在逻辑和作用关系。在技术方案的范畴之中,三者之间相互协调,并按照自身的属性和功能发挥作用。运用某一种特定技术手段开展水文测验时,需要相应的技术方法与之匹配,并由相应的精度、程序等技术要求加以约束。例如,传统的流量测验便是运用一定的技术手段——主要设备为流速仪,辅助设备包括缆道、铅鱼、计算机、辐射杆等,采用一定的技术方法——主要方法为流速面积法,辅助方法包括测深方法、定位方法等,遵行一定的技术要求——主要要求为按一类精度站单次测验精度技术要求(系统误差-2%~1%,随机不确定度5%~9%)实验所得的10线2点100s的方案,辅助要求包括回声仪测深声速改正要求、流速仪检查程序等。
5.技术方案受到环境影响,衍生相应的管理方案和业务方案
管理方案是由技术方案所决定的,适合驻测的技术方案衍生出了水文测站、勘测局、水文局的管理层级,利于巡测的技术方案需要无人值守的水文测验与水文勘测队的组织形式与之匹配,而应急监测的技术方案则需要再次对组织管理方案进行创新。管理的方案和形式同时还受到环境的强烈影响。长期稳定的技术方案固化了组织体系结构,并作为制度固定下来,反过来成为制约技术方案变革的因素。与管理方案类似,业务方案同样也是由技术方案所决定的,业务流程只是某一项或某一阶段的具体任务在技术上实现。
6.技术方案、业务方案、管理方案共同构成水文测验管理体系
组织管理是技术方案的实现和表现形式,业务方案是技术方案的实践与执行,技术方案是水文测验体系及其创新的本质和主干,三者共同构成了水文测验的模式,或者称为测验方式。以技术方案(技术要求、技术方法、技术手段的集合)为根本,按照由其规定的业务流程运转,借助相应的组织管理形式实现水文测验体系的功能,就是测验模式。
3.1.3 水文测验管理体系的影响因素
1.自然地理
自然地理条件是不同国家与地区之间人类发展和社会进步出现差异的根本原因,水文测验作为一种认识自然的过程,其体系的形成与发展在本质上也是自然地理条件所决定的。新中国成立以来,水文测验体系以苏联为模式,建立了以驻测为基础模式的水文测验管理体系。然而中国并没有充分意识到苏联建立驻测模式的自然地理条件基础,即苏联的幅员极其辽阔,决定其无法实施巡测,而必然采用驻测方式。同样,目前我们所趋于学习和借鉴的美国的水文测验管理体系的形成也是由其特殊的自然地理条件所决定的,其气候特点导致暴雨洪水过程远不及中国的季风气候强烈,水位流量关系也更趋于单一和稳定,有利于其选择完全巡测的测验体系。
2.人口资源
人口资源是决定水文测验体系特点的另一重要因素,人类活动的影响不仅直接影响河流的自然特性,进而通过影响水位流量关系的稳定性左右测验方式的发展,而且,这些对河流自然特性产生重要影响的人口又给河流的防汛抗灾带来了巨大的压力。中国人口众多,且分布不均,在水资源较为丰富的河流沿岸,往往聚居了大量密集的人口,其活动严重影响了河流的自然属性,给水文测验管理体系的效率带来影响。这些人口在本应属于洪泛区的聚居又反过来给水文测验带来巨大压力,还对测验的精度、时效和频次都提出了更高的要求。同时,极为匮乏的人均水资源量要求水文测验对其监测、控制和配置提供更丰富的信息。美国则不然,较为丰富的水资源、较小的人口压力和良好的洪泛区的管理给水文巡测创造了条件,也造就了目前的美国水文测验体系。
3.工业化程度
工业化程度是决定水文测验体系的重要因素之一。各国所处的工业化发展阶段的不同,决定了水文测验体系的特点迥异。中国目前正处于快速工业化时期,城镇化进程不断推进,基础设施建设迅速发展,特别是水库、电站、码头、桥梁、隧道等涉水工程大量兴建,需要长期、稳定、大量的水文基本资料提供支撑,这就要求水文测验体系倾向于采取驻测方式。西方发达国家的工业化已经完成,处于后工业时期,基础设施建设的大潮已经退去,水文基本资料的基础支撑作用不再明显,水文测验以验证固有水位流量关系的检测和校测为主,泥沙问题也不突出,巡测模式已经能够满足其水文测验的要求。