¿Cómo se recopilan datos hidrológicos?

Propósito y función del monitoreo hidrológico

 I. El propósito del monitoreo hidrológico

1. Dominio en tiempo real de la información hidrológica: a través de la observación y registro en tiempo real del nivel del agua, caudal, velocidad del flujo, calidad del agua y otros elementos hidrológicos de ríos, lagos, embalses y otras aguas, para proporcionar información hidrológica oportuna y precisa para los tomadores de decisiones.

2. Garantizar la seguridad de los recursos hídricos: mediante el monitoreo de los cambios en la calidad del agua, la detección oportuna de problemas de contaminación del agua, proporcionando una base para la protección y gestión de los recursos hídricos, asegurando la seguridad y el uso sostenible de los recursos hídricos.

3. Prevención de desastres naturales: el monitoreo hidrológico puede advertir inundaciones, sequías y otros desastres naturales con antelación, proporcionar una base científica para la prevención y mitigación de desastres y reducir las pérdidas por desastres.

4. Apoyar la investigación científica: los datos de monitoreo hidrológico para hidrología, meteorología, ecología y otras investigaciones científicas proporcionan la información básica para ayudar a promover el desarrollo y el progreso de disciplinas relacionadas.

 En segundo lugar, el papel del seguimiento hidrológico

1. Gestión de recursos hídricos: Los datos de monitoreo hidrológico son una base importante para la gestión de estos recursos. Mediante el monitoreo y el análisis de datos hidrológicos, podemos formular un plan razonable de asignación de recursos hídricos, optimizar la estructura de su utilización y mejorar su eficiencia.

2. Control de inundaciones y alivio de sequías: En las labores de control de inundaciones y alivio de sequías, el monitoreo hidrológico desempeña un papel fundamental. Mediante el monitoreo en tiempo real del nivel de agua, el caudal y otros elementos hidrológicos, podemos determinar con precisión la tendencia de desarrollo de inundaciones y sequías, y proporcionar una base científica para la toma de decisiones en materia de control de inundaciones y alivio de sequías.

3. Protección ambiental: El monitoreo hidrológico puede ayudar a detectar oportunamente problemas de contaminación hídrica y proporcionar un sólido respaldo de datos a los departamentos de protección ambiental. Mediante el monitoreo de los cambios en la calidad del agua, podemos evaluar la salud de los cuerpos de agua y desarrollar medidas de protección específicas para mejorar la calidad del entorno hídrico.

4. Prevención y mitigación de desastres: El monitoreo hidrológico desempeña un papel importante en la prevención y mitigación de desastres. Mediante el sistema de alerta temprana, se pueden detectar con antelación los riesgos de desastres naturales, como inundaciones y deslizamientos de tierra, y se pueden tomar medidas de precaución a tiempo para reducir las pérdidas causadas por desastres.

5. Apoyo a la construcción urbana: Los datos de monitoreo hidrológico también tienen un importante valor de referencia en la planificación, construcción y gestión urbana. Al monitorear la información hidrológica de los sistemas de drenaje urbano, lagos, embalses y otras aguas, se puede proporcionar una base científica para la planificación del drenaje urbano, el control de inundaciones y el drenaje.

 Métodos y técnicas para la recopilación de datos hidrológicos

 I. Formas básicas de recopilar datos hidrológicos

1. medición residente

   - Definición: Los observadores hidrológicos están estacionados en estaciones de observación fijas en ríos o cuencas hidrográficas para observar elementos hidrológicos como el flujo, el nivel del agua y la precipitación.

   - Clasificación: Según las necesidades reales, la medición estacionaria se puede dividir en medición estacionaria perenne, medición estacionaria de temporada de inundaciones o un período específico de medición estacionaria.

   - Características: La medición estacionaria es la forma más básica de recolectar información hidrológica, pero hay mucha gente, no hay suficientes estaciones, baja eficiencia y otras deficiencias.

2. medición de patrullaje

   - Definición: Los observadores hidrológicos recorren el flujo de agua y otros elementos hidrológicos en un área o cuenca de la estación de observación de forma regular o irregular.

   - Clasificación: la patrulla puede ser patrulla regional, patrulla de ruta, patrulla anual o patrulla estacional.

   - Características: La medición de patrullaje es un medio importante para resolver el problema de las estaciones desatendidas, con alta flexibilidad, amplia cobertura y otras ventajas.

3. Pruebas entre pares

   Definición: Las estaciones hidrológicas fluviales pequeñas y medianas cuentan con más de 10 años de análisis de datos para demostrar la estabilidad de la relación entre el nivel del agua y el caudal, o sus variaciones dentro del margen de error admisible. Un elemento (p. ej., el caudal) se utiliza para detener la medición durante un período de tiempo y, posteriormente, se realizan pruebas de detención entre los modos de prueba. Al detener el período de medición, se deriva el valor de otro elemento (nivel del agua) a partir del valor medido.

   - Características: La intermedición puede reducir la frecuencia de observación, ahorrando mano de obra y recursos materiales, pero requiere una relación estable entre los elementos hidrológicos.

4. Estudio hidrológico

   - Definición: Con el fin de suplir la insuficiencia de la red básica de estaciones hidrológicas de observación de ubicación u otros fines específicos, se utilizarán encuestas, investigaciones, testimonios y otros medios para recolectar información hidrológica y afín.

   - Características: el estudio hidrológico en el tiempo y lugar menos restrictivo, puede ser en las secuelas de la prueba complementaria, y se puede recoger de manera efectiva para entender el área de captación de la estación básica de la información hidrológica requerida, hay una mayor flexibilidad.

 En segundo lugar, los medios técnicos de recopilación de datos hidrológicos

1. Sensores multifuncionales

   - Aplicación: Los observatorios hidrológicos están equipados con una variedad de sensores de alta precisión para medir parámetros hidrológicos como el nivel del agua, la velocidad del flujo, el caudal, la temperatura del agua, la turbidez y el pH.

   - Ventajas: los sensores tienen alta precisión, monitoreo en tiempo real y otras características, que pueden mejorar la precisión y puntualidad de la recopilación de datos.

2. Equipos automatizados

   - Aplicación: Utilice equipos automatizados, como analizadores automáticos de calidad del agua y muestreadores automáticos, que pueden funcionar las 24 horas del día para recopilar y registrar datos automáticamente.

   - Ventajas: Los equipos automatizados pueden reducir el error y la intensidad de trabajo de la operación manual y mejorar la eficiencia y precisión de la recopilación de datos.

3. Tecnología de teledetección

   - Aplicación: La tecnología de teledetección por satélite y los vehículos aéreos no tripulados se utilizan para monitorear una amplia gama de aguas.

   - Ventajas: La tecnología de teledetección puede proporcionar datos macroscópicos sobre la superficie del agua, los cambios en los cuerpos de agua y la utilización de los recursos hídricos, y es especialmente adecuada para áreas de difícil acceso o que tienen una amplia cobertura.

4. Sistema de comunicación de datos

   - Aplicación: Sistemas de comunicación eficientes que permitan la transmisión de datos en tiempo real, como transmisión inalámbrica, GPRS, redes 4G/5G, etc., para garantizar que los datos puedan transmitirse al centro de monitoreo de manera rápida y estable.

   - Ventajas: El sistema de comunicación de datos puede garantizar el tiempo real y la integridad de los datos y proporcionar un sólido soporte para el procesamiento y análisis posterior de datos hidrológicos.

 III. Procesamiento y análisis de datos hidrológicos

1. Limpieza y preprocesamiento de datos

   - Contenido: Limpiar los datos recopilados para eliminar ruido y valores anormales; el preprocesamiento incluye la conversión del formato de datos, completar los valores faltantes, etc. Propósito: Garantizar la precisión e integridad de los datos.

   - Finalidad: garantizar la exactitud y consistencia de los datos, para proporcionar una base confiable para el análisis de datos posterior.

2. Procesamiento de datos en tiempo real

   - Aplicación: Aplicar tecnología de computación de borde para realizar el procesamiento de datos cerca del dispositivo de recolección.

   - Ventajas: Reduce el tiempo y el retraso en la transmisión de datos, mejora el procesamiento de datos en tiempo real y la velocidad de respuesta del sistema.

3. Análisis estadístico

   - Contenido: Aplicar métodos de análisis estadístico para calcular estadísticas básicas de datos hidrológicos, como análisis de media, varianza y tendencias.

   - Propósito: Identificar tendencias a largo plazo y fluctuaciones estacionales, comprender las características hidrológicas y predecir cambios futuros.

4. Análisis multivariante

   Contenido: Combinar los datos de múltiples parámetros hidrológicos para un análisis exhaustivo, como la relación entre el nivel del agua, el caudal y la precipitación. Objetivo: Revelar la relación entre diferentes factores.

   - Propósito: Revelar las interacciones entre diferentes factores y proporcionar información hidrológica más completa.

5. Modelado hidrológico

   Aplicación: Establecimiento y uso de modelos hidrológicos (p. ej., modelos de caudal, modelos de inundaciones) para predecir datos hidrológicos. Ventajas: Basado en ecuaciones físicas y datos históricos.

   - Ventajas: Simular flujos, inundaciones y cambios en los recursos hídricos basándose en ecuaciones físicas y datos históricos para proporcionar predicciones de condiciones futuras.

 Principales pasos y herramientas para la recopilación de datos hidrológicos

1. Selección de estaciones de monitoreo

   - De acuerdo al propósito del monitoreo, seleccionar lugares representativos como estaciones de monitoreo, tales como secciones claves de ríos, áreas centrales de lagos y entradas y salidas de embalses.

2. Instalación de equipos de monitoreo

   - Pluviómetro: se utiliza para recoger datos de precipitaciones.

   - Medidor de nivel de agua: incluye tipo de boya, tipo de presión, tipo de radar, etc., utilizado para monitorear los cambios en el nivel del agua.

   - Caudalímetros: por ejemplo, caudalímetros Doppler mecánicos, electromagnéticos, acústicos, utilizados para medir la velocidad del flujo de agua.

   - Monitores de calidad del agua: se utilizan para detectar contaminantes y composición química en el agua.

   - Equipos de estación meteorológica: incluidos termómetros, higrómetros, anemómetros , etc., utilizados para recopilar datos meteorológicos.

3. Métodos de recopilación de datos

   - Observación directa:

     - Observación manual: Periódicamente, el personal visitará el sitio para observar y registrar.

     - Monitorización automática: Recopilación automática de datos mediante sensores.

   - Tecnología de teledetección: utilizar teledetección satelital, fotografía aérea y otras tecnologías para obtener información hidrológica a distancia, como precipitaciones, humedad del suelo y superficie de cuerpos de agua.

   - Simulación de modelos: Predecir procesos hidrológicos a través de la simulación de modelos hidrológicos para complementar la insuficiencia de datos de observación de campo.

4. Registro de datos

   - Registrador de datos electrónico: Registra automáticamente los datos recopilados por los sensores.

   - Registro en papel: como medio de respaldo en caso de falla del equipo de registro automático.

5. Transmisión de datos

   - Transmisión por cable: Transmisión de datos al centro de procesamiento de datos a través de cable o fibra óptica.

   - Transmisión inalámbrica:

     - Onda de radio: transmisión de corta distancia, aplicable a la estación de monitoreo y al centro de procesamiento de datos cercano al caso.

     - Comunicación satelital: transmisión de larga distancia, adecuada para estaciones de monitoreo en áreas remotas.

     - Red móvil: utilizando GPRS, 3G, 4G y otras tecnologías de redes móviles para transmitir datos.

6. Tratamiento de datos

   - Procesamiento preliminar: incluye limpieza de datos, procesamiento de valores atípicos, calibración de datos, etc.

   - Análisis de datos: Análisis estadístico, análisis de tendencias, operación de modelado, etc. de datos para extraer información útil.

7. Almacenamiento y gestión de datos

   - Gestión de bases de datos: Almacenar los datos procesados en una base de datos para facilitar su recuperación y análisis.

   - Copia de seguridad de datos: Realice copias de seguridad de los datos periódicamente para evitar la pérdida de datos.

 Factores que afectan la precisión de los datos hidrológicos

1. Precisión y calibración del sensor

   - La calidad de fabricación del sensor, el rango de medición y la resolución afectan directamente la precisión de los datos.

   - Los sensores que no se calibran periódicamente o que están calibrados incorrectamente darán lugar a errores de medición.

2. Mantenimiento del equipo

   - La falta de mantenimiento regular puede provocar un deterioro en el rendimiento del equipo y afectar la calidad de los datos.

   - Un equipo dañado o desgastado que no se repara a tiempo también puede generar datos inexactos.

3. Factores ambientales

   - Las condiciones climáticas (por ejemplo, temperatura, humedad, velocidad del viento) pueden afectar el rendimiento del sensor.

   - Los sedimentos en el cuerpo de agua, el crecimiento de las plantas, la congelación, etc. pueden interferir con las mediciones del nivel del agua y del flujo.

4. Frecuencia de adquisición de datos

   - Una frecuencia de adquisición de datos demasiado baja puede provocar que se pierdan eventos hidrológicos importantes.

   - Una frecuencia demasiado alta puede producir grandes cantidades de datos que requieren más procesamiento y análisis.

5. Transmisión y almacenamiento de datos

   - La pérdida de señal o interferencia durante la transmisión de datos puede provocar que los datos falten o estén incompletos.

   - Una falla en el equipo de almacenamiento de datos o una gestión inadecuada de los mismos pueden provocar la corrupción o pérdida de datos.

6. Error humano

   - Errores de personal durante la recogida, registro o procesamiento de datos.

   - Métodos de interpretación o análisis de datos incorrectos.

7. Factores geográficos y topográficos

   - La ubicación geográfica y la topografía de un sitio de monitoreo pueden afectar la representatividad de los datos.

   - Por ejemplo, una estación de monitoreo en un valle puede no reflejar con precisión la hidrología de toda la cuenca hidrográfica.

8. Cambio climático

   - El cambio climático puede provocar cambios en los parámetros hidrológicos, como los patrones de precipitaciones y las tasas de evapotranspiración, lo que afecta la consistencia de los datos a largo plazo.

9. Eventos hidrológicos

   - Eventos hidrológicos extremos como inundaciones, sequías, etc. pueden exceder el rango de medición de los sensores, dando como resultado datos distorsionados.

10. Limitaciones técnicas

    - Algunos parámetros hidrológicos (por ejemplo, el flujo de agua subterránea) son difíciles de medir directamente y dependen de métodos indirectos de estimación, que pueden tener grandes errores.

11. Métodos de procesamiento de datos

    - La selección de los métodos de procesamiento y análisis de datos puede afectar la precisión de los resultados finales.

 Medidas para garantizar la exactitud de los datos hidrológicos

- Calibración y mantenimiento periódico de los equipos de monitoreo: Garantizar la precisión y el rendimiento de los sensores y equipos.

- Utilice sensores de alta calidad: seleccione sensores con un rendimiento estable para reducir los errores de medición.

- Optimizar la frecuencia de recopilación de datos: establecer la frecuencia de recopilación de datos de manera razonable según las necesidades de monitoreo.

- Mejorar los sistemas de transmisión y almacenamiento de datos: Garantizar la fiabilidad de la transmisión de datos y la integridad del almacenamiento.

- Reducir la intervención humana: Capacitar al personal para reducir los errores operativos.

- Utilizar métodos estandarizados de procesamiento y análisis de datos: garantizar la estandarización y la consistencia del procesamiento de datos.

En resumen, la recopilación de datos hidrológicos requiere el uso integral de diversos métodos y medios técnicos, así como su selección y optimización según las necesidades y condiciones técnicas reales. Asimismo, el procesamiento y análisis de datos es una parte indispensable de la recopilación de datos hidrológicos, lo que puede ser un importante apoyo para la gestión de los recursos hídricos y la prevención y mitigación de desastres.