Comment collectez-vous les données hydrologiques ?

Objectif et rôle de la surveillance hydrologique

 I. Le but du suivi hydrologique

1. Maîtrise en temps réel des informations hydrologiques : grâce à l'observation et à l'enregistrement en temps réel du niveau d'eau, du débit, du débit, de la qualité de l'eau et d'autres éléments hydrologiques des rivières, des lacs, des réservoirs et d'autres eaux, pour fournir des informations hydrologiques opportunes et précises aux décideurs.

2. Garantir la sécurité des ressources en eau : en surveillant les changements de la qualité de l'eau, en détectant à temps les problèmes de pollution de l'eau, en fournissant une base pour la protection et la gestion des ressources en eau, en assurant la sécurité et l'utilisation durable des ressources en eau.

3. Prévention des catastrophes naturelles : la surveillance hydrologique peut prévenir à l’avance les inondations, les sécheresses et autres catastrophes naturelles, fournir une base scientifique pour la prévention et l’atténuation des catastrophes et réduire les pertes dues aux catastrophes.

4. Soutenir la recherche scientifique : les données de surveillance hydrologique pour l’hydrologie, la météorologie, l’écologie et d’autres recherches scientifiques fournissent les informations de base pour aider à promouvoir le développement et le progrès des disciplines connexes.

 Deuxièmement, le rôle de la surveillance hydrologique

1. Gestion des ressources en eau : les données de surveillance hydrologique constituent une base importante pour la gestion des ressources en eau. Grâce à la surveillance et à l'analyse des données hydrologiques, nous pouvons élaborer un plan d'allocation des ressources en eau raisonnable, optimiser la structure d'utilisation des ressources et améliorer l'efficacité de leur utilisation.

2. Lutte contre les inondations et lutte contre la sécheresse : La surveillance hydrologique joue un rôle essentiel dans la lutte contre les inondations et la sécheresse. Grâce à la surveillance en temps réel du niveau d'eau, du débit et d'autres paramètres hydrologiques, nous pouvons déterminer avec précision l'évolution des inondations et des sécheresses, et fournir une base scientifique pour la prise de décisions en matière de lutte contre les inondations et de lutte contre la sécheresse.

3. Protection de l'environnement : la surveillance hydrologique peut contribuer à la détection rapide des problèmes de pollution de l'eau et fournir des données fiables aux services de protection de l'environnement. En surveillant l'évolution de la qualité de l'eau, nous pouvons évaluer la santé des masses d'eau et élaborer des mesures de protection ciblées pour améliorer la qualité du milieu aquatique.

4. Prévention et atténuation des catastrophes : la surveillance hydrologique joue un rôle important dans la prévention et l'atténuation des catastrophes. Grâce au système d'alerte précoce, les causes des catastrophes naturelles telles que les inondations et les glissements de terrain peuvent être détectées à l'avance, et des mesures de précaution peuvent être prises à temps pour réduire les pertes.

5. Soutenir la construction urbaine : les données de surveillance hydrologique constituent également une référence importante pour la planification, la construction et la gestion urbaines. La surveillance des informations hydrologiques relatives aux systèmes de drainage urbain, aux lacs, aux réservoirs et aux autres cours d'eau peut fournir une base scientifique pour la planification du drainage urbain, la lutte contre les inondations et le drainage.

 Méthodes et techniques de collecte de données hydrologiques

 I. Méthodes de base pour collecter des données hydrologiques

1. mesure résidente

   - Définition : Les observateurs hydrologiques sont postés dans des stations d'observation fixes dans les rivières ou les bassins versants pour observer les éléments hydrologiques tels que le débit, le niveau d'eau et les précipitations.

   - Classification : Selon les besoins réels, la mesure stationnaire peut être divisée en mesure stationnaire pérenne, mesure stationnaire en saison des inondations ou mesure stationnaire pendant une période spécifiée.

   - Caractéristiques : la mesure stationnaire est le moyen le plus basique de collecter des informations hydrologiques, mais il y a beaucoup de monde, pas assez de stations, une faible efficacité et d'autres lacunes.

2. mesure de patrouille

   - Définition : Observateurs hydrologiques chargés de surveiller l'écoulement de l'eau et d'autres éléments hydrologiques dans une zone ou un bassin de la station d'observation de façon régulière ou irrégulière.

   - Classification : la patrouille peut être une patrouille régionale, une patrouille le long de la route, une patrouille annuelle ou une patrouille saisonnière.

   - Caractéristiques : La mesure de patrouille est un moyen important pour résoudre le problème des stations sans surveillance, avec une grande flexibilité, une large couverture et d'autres avantages.

3. Inter-tests

   Définition : les stations hydrologiques fluviales de petite et moyenne taille disposent de plus de dix ans d'analyse de données pour prouver la stabilité du niveau d'eau et du débit d'une année à l'autre, ou l'évolution de l'erreur admissible. L'un des éléments (par exemple, le débit) doit être arrêté pendant une période donnée, puis testé. L'arrêt de la période de mesure permet de déduire la valeur d'un autre élément (niveau d'eau) de la valeur mesurée.

   - Caractéristiques : L'intermesure peut réduire la fréquence d'observation, économisant ainsi de la main d'œuvre et des ressources matérielles, mais nécessite une relation stable entre les éléments hydrologiques.

4. Étude hydrologique

   - Définition : Afin de pallier l'insuffisance du réseau de stations hydrologiques de base, d'observation de localisation ou à d'autres fins spécifiques, on recourt à des relevés, des enquêtes, des témoignages et d'autres moyens pour recueillir des informations hydrologiques et connexes.

   - Caractéristiques : l'enquête hydrologique par le temps et le lieu des moins restrictifs, peut être à la suite du test supplémentaire, et peut être efficacement collectée pour comprendre la zone de captage de la station de base des informations hydrologiques requises, il y a une plus grande flexibilité.

 Deuxièmement, les moyens techniques de collecte des données hydrologiques

1. Capteurs multifonctionnels

   - Application : Les observatoires hydrologiques sont équipés d'une variété de capteurs de haute précision pour mesurer des paramètres hydrologiques tels que le niveau d'eau, la vitesse d'écoulement, le débit, la température de l'eau, la turbidité et le pH.

   - Avantages : les capteurs ont une haute précision, une surveillance en temps réel et d'autres caractéristiques, ce qui peut améliorer la précision et la rapidité de la collecte des données.

2. Équipement automatisé

   - Application : Utiliser des équipements automatisés, tels que des analyseurs automatiques de la qualité de l'eau et des échantillonneurs automatiques, qui peuvent fonctionner 24 heures sur 24 pour collecter et enregistrer automatiquement les données.

   - Avantages : L'équipement automatisé peut réduire l'erreur et l'intensité du travail des opérations manuelles et améliorer l'efficacité et la précision de la collecte de données.

3. Technologie de télédétection

   - Application : La technologie de télédétection par satellite et les véhicules aériens sans pilote sont utilisés pour surveiller une large gamme d'eaux.

   - Avantages : La technologie de télédétection peut fournir des données macroscopiques sur la surface de l'eau, les changements dans les masses d'eau et l'utilisation des ressources en eau, et est particulièrement adaptée aux zones difficiles d'accès ou ayant une large couverture.

4. Système de communication de données

   - Application : Systèmes de communication efficaces permettant la transmission de données en temps réel, tels que la transmission sans fil, les réseaux GPRS, 4G/5G, etc., pour garantir que les données peuvent être transmises au centre de surveillance de manière rapide et stable.

   - Avantages : Le système de communication de données peut garantir le temps réel et l'intégrité des données et fournir un support solide pour le traitement et l'analyse ultérieurs des données hydrologiques.

 III. Traitement et analyse des données hydrologiques

1. Nettoyage et prétraitement des données

   - Contenu : Nettoyer les données collectées pour supprimer le bruit et les valeurs anormales ; le prétraitement comprend la conversion du format des données, le remplissage des valeurs manquantes, etc. Objectif : Assurer l'exactitude et l'exhaustivité des données.

   - Objectif : assurer l’exactitude et la cohérence des données, fournir une base fiable pour l’analyse ultérieure des données.

2. Traitement des données en temps réel

   - Application : Appliquer la technologie Edge Computing pour effectuer le traitement des données à proximité du dispositif de collecte.

   - Avantages : Réduit le temps et le délai de transmission des données, améliore le traitement des données en temps réel et la vitesse de réponse du système.

3. Analyse statistique

   - Contenu : Appliquer des méthodes d'analyse statistique pour calculer les statistiques de base des données hydrologiques, telles que la moyenne, la variance et l'analyse des tendances.

   - Objectif : Identifier les tendances à long terme et les fluctuations saisonnières, comprendre les caractéristiques hydrologiques et prédire les changements futurs.

4. Analyse multivariée

   - Contenu : Combiner les données de plusieurs paramètres hydrologiques pour une analyse complète, comme la relation entre le niveau d'eau, le débit et les précipitations. Objectif : Révéler la relation entre différents facteurs.

   - Objectif : Révéler les interactions entre différents facteurs et fournir des informations hydrologiques plus complètes.

5. Modélisation hydrologique

   - Application : Établissement et utilisation de modèles hydrologiques (par exemple, modèles d'écoulement, modèles de crue) pour prédire les données hydrologiques. Avantages : Basé sur des équations physiques et des données historiques.

   - Avantages : Simulez les débits, les inondations et les changements de ressources en eau sur la base d'équations physiques et de données historiques pour fournir des prévisions des conditions futures.

 Principales étapes et outils de collecte de données hydrologiques

1. Sélection des stations de surveillance

   - En fonction de l’objectif de la surveillance, sélectionnez des emplacements représentatifs comme stations de surveillance, tels que des sections clés de rivières, des zones centrales de lacs et des entrées et sorties de réservoirs.

2. Installation d'équipements de surveillance

   - Pluviomètre : utilisé pour collecter les données pluviométriques.

   - Indicateur de niveau d'eau : y compris le type de bouée, le type de pression, le type de radar, etc., utilisé pour surveiller les changements de niveau d'eau.

   - Débitmètres : par exemple débitmètre mécanique, électromagnétique, acoustique Doppler, utilisé pour mesurer la vitesse d'écoulement de l'eau.

   - Moniteurs de qualité de l'eau : utilisés pour détecter les polluants et la composition chimique de l'eau.

   - Matériel de station météorologique : comprenant thermomètres, hygromètres, anémomètres , etc., utilisés pour recueillir des données météorologiques.

3. Méthodes de collecte de données

   - Observation directe :

     - Observation manuelle : Périodiquement, le personnel visitera le site pour observer et enregistrer.

     - Surveillance automatique : Collecte automatique de données à l'aide de capteurs.

   - Technologie de télédétection : Utiliser la télédétection par satellite, la photographie aérienne et d’autres technologies pour obtenir des informations hydrologiques à distance, telles que les précipitations, l’humidité du sol et la superficie des plans d’eau.

   - Simulation de modèles : Prédiction des processus hydrologiques par simulation de modèles hydrologiques pour compléter l'insuffisance des données d'observation de terrain.

4. Enregistrement des données

   - Enregistreur de données électronique : enregistre automatiquement les données collectées par les capteurs.

   - Journalisation papier : comme moyen de secours en cas de panne de l'équipement de journalisation automatique.

5. Transmission de données

   - Transmission filaire : Transmission de données vers le centre de traitement de données via un câble ou une fibre optique.

   - Transmission sans fil :

     - Onde radio : transmission à courte distance, applicable à la station de surveillance et au centre de traitement des données à proximité du boîtier.

     - Communication par satellite : transmission longue distance, adaptée aux stations de surveillance dans les zones reculées.

     - Réseau mobile : utilisation des technologies GPRS, 3G, 4G et autres réseaux mobiles pour transmettre des données.

6. Traitement des données

   - Traitement préliminaire : incluant le nettoyage des données, le traitement des valeurs aberrantes, l'étalonnage des données, etc.

   - Analyse de données : Analyse statistique, analyse de tendances, opération de modélisation, etc. de données pour extraire des informations utiles.

7. Stockage et gestion des données

   - Gestion de base de données : Stockez les données traitées dans une base de données pour une récupération et une analyse faciles.

   - Sauvegarde des données : Sauvegardez régulièrement les données pour éviter toute perte de données.

 Facteurs affectant l'exactitude des données hydrologiques

1. Précision et étalonnage du capteur

   - La qualité de fabrication du capteur, la plage de mesure et la résolution affectent directement la précision des données.

   - Les capteurs non calibrés régulièrement ou mal calibrés entraîneront des erreurs de mesure.

2. Entretien des équipements

   - Le manque de maintenance régulière peut entraîner une détérioration des performances de l’équipement et affecter la qualité des données.

   - Un équipement endommagé ou usé qui n'est pas réparé à temps peut également entraîner des données inexactes.

3. Facteurs environnementaux

   - Les conditions climatiques (par exemple, la température, l’humidité, la vitesse du vent) peuvent affecter les performances du capteur.

   - Les sédiments dans le plan d’eau, la croissance des plantes, le gel, etc. peuvent interférer avec les mesures du niveau et du débit de l’eau.

4. Fréquence d'acquisition des données

   - Une fréquence d’acquisition de données trop faible peut entraîner la perte d’événements hydrologiques importants.

   - Une fréquence trop élevée peut produire de grandes quantités de données qui nécessitent davantage de traitement et d’analyse.

5. Transmission et stockage des données

   - Une perte de signal ou une interférence pendant la transmission de données peut entraîner des données manquantes ou incomplètes.

   - Une défaillance de l'équipement de stockage des données ou une mauvaise gestion des données peut entraîner la corruption ou la perte de données.

6. Erreur humaine

   - Erreurs de personnel lors de la collecte, de l’enregistrement ou du traitement des données.

   - Méthodes d’interprétation ou d’analyse des données incorrectes.

7. Facteurs géographiques et topographiques

   - La situation géographique et la topographie d’un site de surveillance peuvent affecter la représentativité des données.

   - Par exemple, une station de surveillance située dans une vallée peut ne pas refléter avec précision l’hydrologie de l’ensemble du bassin versant.

8. Changement climatique

   - Le changement climatique peut entraîner des modifications des paramètres hydrologiques tels que les régimes de précipitations et les taux d’évapotranspiration, affectant la cohérence à long terme des données.

9. Événements hydrologiques

   - Les événements hydrologiques extrêmes tels que les inondations, les sécheresses, etc. peuvent dépasser la plage de mesure des capteurs, ce qui entraîne des données déformées.

10. Limitations techniques

    - Certains paramètres hydrologiques (par exemple, l’écoulement des eaux souterraines) sont difficiles à mesurer directement et reposent sur des méthodes d’estimation indirectes, qui peuvent comporter des erreurs importantes.

11. Méthodes de traitement des données

    - Le choix des méthodes de traitement et d’analyse des données peut affecter l’exactitude des résultats finaux.

 Mesures visant à garantir l'exactitude des données hydrologiques

- Étalonnage et maintenance réguliers des équipements de surveillance : Assurer la précision et les performances des capteurs et des équipements.

- Utilisez des capteurs de haute qualité : sélectionnez des capteurs aux performances stables pour réduire les erreurs de mesure.

- Optimiser la fréquence de collecte des données : définir la fréquence de collecte des données de manière raisonnable en fonction des besoins de surveillance.

- Améliorer les systèmes de transmission et de stockage des données : Assurer la fiabilité de la transmission des données et l’intégrité du stockage.

- Réduire l’intervention humaine : Former le personnel pour réduire les erreurs opérationnelles.

- Utiliser des méthodes standardisées de traitement et d’analyse des données : assurer la standardisation et la cohérence du traitement des données.

En résumé, la collecte de données hydrologiques nécessite l'utilisation de méthodes et de moyens techniques variés, ainsi qu'une sélection et une optimisation adaptées aux besoins et aux conditions techniques. Parallèlement, le traitement et l'analyse des données sont indispensables à la collecte de données hydrologiques, contribuant ainsi fortement à la gestion des ressources en eau, à la prévention et à l'atténuation des catastrophes.