邱順添，王 佳*，王明娜

(1.天津大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，天津 300072；2.天津大學(xué) 建筑工程學(xué)院，天津 300072)

20世紀(jì)初水文學(xué)理論的建立，開啟了人類對(duì)地球環(huán)境中水的運(yùn)動(dòng)和分布的研究。數(shù)據(jù)作為水科學(xué)認(rèn)知的支柱，亟需提升監(jiān)測(cè)技術(shù)的水平和泛在感知能力，構(gòu)建高時(shí)空分辨率的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。由于傳統(tǒng)的水文監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)通常在安裝、檢測(cè)、管理、維護(hù)和人力方面投入成本較大，同時(shí)近年來世界各地對(duì)水文監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的投資逐步減少，導(dǎo)致了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不足和監(jiān)測(cè)頻率不固定等問題，尤其在偏遠(yuǎn)地區(qū)或需要特殊水文要素監(jiān)測(cè)的流域[1-2]。為了避免水文信息的流失，有必要探索具有成本效益比的數(shù)據(jù)采集方法，尤其是在資源減少的條件下迫切需要尋找新的可靠的水文數(shù)據(jù)采集手段，以保證獲得廣泛且持續(xù)的數(shù)據(jù)集。

過去20年間，通信技術(shù)和芯片技術(shù)的飛速進(jìn)步，打通了水文系統(tǒng)和公眾相互間的信息流隔閡，推動(dòng)了公眾科學(xué)的發(fā)展，使其在自然科學(xué)研究中日益發(fā)揮作用[3]。尤其是互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、便攜式傳感器、智能手機(jī)等簡(jiǎn)化了數(shù)據(jù)采集手段，擴(kuò)大了數(shù)據(jù)覆蓋率，加強(qiáng)了信息質(zhì)量控制，提升了信息反饋速度，降低了監(jiān)測(cè)成本，為公眾參與水文信息收集和水科學(xué)研究提供了便利[4]。同時(shí)，公眾的科學(xué)素養(yǎng)日趨提高與科學(xué)研究的熱情不斷高漲，使公眾科學(xué)在水文領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用得到進(jìn)一步促進(jìn)。

基于公眾科學(xué)的廣泛性、科普性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，越來越多的科研人員將其引入到水文領(lǐng)域。本文概述了公眾科學(xué)在水文領(lǐng)域中的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀，指出該研究方向的熱點(diǎn)與前沿問題，以期為未來公眾科學(xué)在水文學(xué)研究中的應(yīng)用和跨學(xué)科的研究指明方向。

1 公眾科學(xué)概述

公眾科學(xué)（citizen science）是指公眾借助自身的知識(shí)體系或周邊的資源和工具，參與科研活動(dòng)，積極為科學(xué)做出貢獻(xiàn)[5]。公眾科學(xué)最早可追溯到1890年，美國(guó)國(guó)家氣象局（National Weather Service）發(fā)動(dòng)1 000名志愿者監(jiān)測(cè)每日氣溫和降雨量[6]；1989年，Kerson號(hào)召了225名志愿者搜集雨水樣本協(xié)助開展酸雨意識(shí)提升活動(dòng)，首次提出了“公眾科學(xué)”[7]。公眾科學(xué)作為公眾參與科學(xué)的新形式，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于科研領(lǐng)域，成為了多學(xué)科未來發(fā)展的趨勢(shì)[8]。

公眾科學(xué)在水文學(xué)中的應(yīng)用屬于跨學(xué)科交叉研究領(lǐng)域，隨著公眾科學(xué)的體系不斷完善，在水文學(xué)領(lǐng)域研究中的發(fā)起人、參與形式及涉及的研究階段越來越豐富。其中，公眾參與程度從最基層的眾包形式、數(shù)據(jù)貢獻(xiàn)，深入到協(xié)作、合作，甚至獨(dú)立完成研究，如圖1所示[9]。同時(shí)，公眾可對(duì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)、分析結(jié)果、解決問題、評(píng)價(jià)成果等不同的科研階段給予幫助和支撐。

圖1 公眾參與水文科研領(lǐng)域程度進(jìn)階圖（改編自Njue等[9]）Fig.1 Advanced chart of public participation in hydrological research (adapted from Njue et al[9])

公眾科學(xué)對(duì)公眾和水文科學(xué)發(fā)展的作用是相互的，一方面，公眾可為水文領(lǐng)域的科研人員提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和設(shè)施，提出水文學(xué)新問題和解決思路，共同創(chuàng)造新的科學(xué)文化；另一方面，公眾在參與的過程中又可獲得新的技能，并加深對(duì)水文科學(xué)工作的理解。公眾科學(xué)具有開放性、網(wǎng)絡(luò)化和跨學(xué)科的特性，使科學(xué)、社會(huì)與政策的相互作用得到了加強(qiáng)，從而使決策制定過程更為民主[5]。

2 公眾科學(xué)在水文學(xué)的應(yīng)用進(jìn)展

2.1 公開發(fā)表的文獻(xiàn)及相關(guān)項(xiàng)目分析

本文通過檢索關(guān)鍵詞（（“citizen science” “crowdsourcing” “public participation”）和（“water resource”“hydrology”）），統(tǒng)計(jì)了Web of Science核心數(shù)據(jù)庫(kù)截至2020年底關(guān)于公眾科學(xué)與水文學(xué)相關(guān)的154篇文獻(xiàn)。從文章發(fā)表數(shù)量可以看出，公眾科學(xué)在水文領(lǐng)域的研究日益受到關(guān)注（圖2）：相關(guān)論文成果自20世紀(jì)90年代末出現(xiàn)后一直處于平穩(wěn)發(fā)展態(tài)勢(shì)，直至2016年出現(xiàn)轉(zhuǎn)折性發(fā)展，隨后4年快速增長(zhǎng)；但2020年可能由于年初新冠疫情暴發(fā)，文章發(fā)表數(shù)量有所減少。根據(jù)文獻(xiàn)高頻關(guān)鍵詞圖譜（圖3）可知：該領(lǐng)域研究對(duì)象主要集中于水質(zhì)、流量、水位、地下水、飲用水安全、生態(tài)環(huán)境、土地利用等；研究方向包括如何服務(wù)于水資源管理、公眾數(shù)據(jù)的同化、數(shù)據(jù)質(zhì)量與收集、相關(guān)影響與挑戰(zhàn)等；研究手段包括各類傳感器、雷達(dá)等。

圖2 1998—2020年基于公眾科學(xué)的水文文獻(xiàn)數(shù)量統(tǒng)計(jì)Fig.2 Number of literature based on citizen science in hydrological research from 1998 to 2020

圖3 1998—2020年基于公眾科學(xué)的水文學(xué)相關(guān)研究文獻(xiàn)高頻關(guān)鍵詞圖譜Fig.3 High frequency keywords map of literature based on citizen science in hydrological research for 1998 to 2020

同時(shí)，本文根據(jù)全球公眾科學(xué)項(xiàng)目平臺(tái)scistarter、公眾科學(xué)項(xiàng)目的AРР匯總平臺(tái)spotteron和國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)搜索，匯總了公眾科學(xué)項(xiàng)目中水相關(guān)的37個(gè)項(xiàng)目（表1）。從表1中的項(xiàng)目?jī)?nèi)容上看，公眾科學(xué)在水相關(guān)領(lǐng)域中得到了較為成功的應(yīng)用，尤其是河流、湖泊水文和水質(zhì)數(shù)據(jù)的公眾監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，提供了高覆蓋面、長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)集，為水資源保護(hù)和管理工作奠定了重要的基礎(chǔ)信息。在美國(guó)，公眾科學(xué)接受度較高：如Texas Stream團(tuán)隊(duì)培訓(xùn)了多個(gè)州的11 000余名公眾科學(xué)家，共同參與191 000英里的Texas水道保護(hù)；佛羅里達(dá)州的湖泊水生生態(tài)系統(tǒng)觀測(cè)項(xiàng)目共有1 800名志愿者。同時(shí)，借助于互聯(lián)網(wǎng)的便捷，基于公眾科學(xué)的水監(jiān)測(cè)項(xiàng)目趨向全球性發(fā)展，美國(guó)、英國(guó)、歐盟、瑞士均發(fā)起了全球范圍的公眾監(jiān)測(cè)水信息項(xiàng)目。這些項(xiàng)目一方面促進(jìn)了流域管理以改善水質(zhì)和公共衛(wèi)生；另一方面也提高了公眾對(duì)水環(huán)境的重視程度，培養(yǎng)了公眾的科研興趣。

表1 全球水相關(guān)領(lǐng)域中公眾科學(xué)項(xiàng)目Tab.1 Citizen science projects of water related fields in global

通過統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)和相關(guān)項(xiàng)目主要作者和發(fā)起者的全球分布情況，不難看出公眾科學(xué)在水文領(lǐng)域的研究成果主要集中在科技最為發(fā)達(dá)的美國(guó)。從文獻(xiàn)方面看：超過1/4的文獻(xiàn)來自于美國(guó)；其次是以英國(guó)為首的歐洲國(guó)家和加拿大；相較之下，澳大利亞、中國(guó)、日本、南美洲一些國(guó)家對(duì)此研究成果較少。項(xiàng)目的全球分布也存在相似結(jié)論，64%的項(xiàng)目發(fā)起者來自于美國(guó)；22%的項(xiàng)目由歐洲國(guó)家或歐盟發(fā)起。該現(xiàn)象主要原因是成熟高效的信息網(wǎng)絡(luò)和公眾參與是該研究必要條件，國(guó)家的經(jīng)濟(jì)狀況、科學(xué)家的認(rèn)知與開放程度，以及公眾活躍度等因素均對(duì)公眾科學(xué)的發(fā)展有一定影響[10]。同時(shí)，根據(jù)已有研究不難發(fā)現(xiàn)，公眾科學(xué)在水文學(xué)中的研究更傾向于降雨和水質(zhì)的監(jiān)測(cè)，其次是流量、水位、洪水及其他類型的水文要素。

在中國(guó)，公眾科學(xué)在水文學(xué)的研究還處于初級(jí)嘗試階段，發(fā)表的文獻(xiàn)和發(fā)起的項(xiàng)目有限。現(xiàn)有文獻(xiàn)主要集中于：利用智能手機(jī)、監(jiān)控?cái)z像頭作為傳感器，分析公眾科學(xué)在降雨監(jiān)測(cè)方面的潛力[11]；開發(fā)監(jiān)測(cè)平臺(tái)并培訓(xùn)公眾科學(xué)家監(jiān)測(cè)水質(zhì)數(shù)據(jù)，以識(shí)別水體富營(yíng)養(yǎng)化問題，服務(wù)于水環(huán)境管理[12-13]；利用公眾公開發(fā)布的社交媒體信息，搜集中國(guó)不同城市暴雨洪澇災(zāi)害的相關(guān)數(shù)據(jù)，作為分析城市內(nèi)澇脆弱性的有用工具，促進(jìn)公眾科學(xué)有效幫助洪水管理和規(guī)劃，控制和緩解城市內(nèi)澇現(xiàn)象[14-16]。相關(guān)項(xiàng)目有“蔚藍(lán)地圖”和“黑臭水監(jiān)測(cè)”：2014年，公眾環(huán)境研究中心（IРE）上線了具有公眾科學(xué)背景的綜合環(huán)境質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和信息公開軟件“蔚藍(lán)地圖”，其目的是推動(dòng)環(huán)境信息公開和公眾參與，促進(jìn)環(huán)境治理機(jī)制的完善；另一款“黑臭水監(jiān)測(cè)”應(yīng)用程序由中國(guó)生態(tài)環(huán)境部及住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2016年推出，該應(yīng)用程序讓公眾通過微信平臺(tái)記錄潛在污染水體的位置，上傳照片和描述，并根據(jù)其腐爛程度，異色或垃圾量進(jìn)行排名。

現(xiàn)有研究表明，公眾在問題識(shí)別、數(shù)據(jù)共同創(chuàng)建、信息處理分析、知識(shí)生成和決策等方面還具有很大的潛力。而中國(guó)在公眾參與水文學(xué)研究方面仍處于利用網(wǎng)絡(luò)的被動(dòng)信息獲取或短期的主動(dòng)參與信息獲取階段，在未來發(fā)展應(yīng)用中仍有較大的空間。

2.2 公眾科學(xué)在水文領(lǐng)域的研究

2.2.1 降雨

降雨監(jiān)測(cè)無(wú)需高等氣象學(xué)背景，簡(jiǎn)易的設(shè)計(jì)、易于安裝和操作的雨量計(jì)即可滿足監(jiān)測(cè)需求，故公眾參與降雨數(shù)據(jù)收集方面具有巨大的潛力[17]，也是公眾科學(xué)最早在水文學(xué)領(lǐng)域開展的工作。自1980年起，美國(guó)國(guó)家氣象局就開展了志愿者參與降雨量監(jiān)測(cè)的工作，并已持續(xù)了100多年[6]；此外1998年發(fā)起的“社區(qū)合作雨、冰雹和雪網(wǎng)絡(luò)（CoCoRaHS）”項(xiàng)目已是公眾科學(xué)網(wǎng)絡(luò)中最大和最有效的例子，公眾通過拍照、短信、網(wǎng)絡(luò)等方式記錄上傳每日降雨量[18]。

隨著傳感器技術(shù)的提升，降雨監(jiān)測(cè)手段日益經(jīng)濟(jì)、可靠，如雨滴譜儀的廣泛應(yīng)用、蜂窩通信干擾分析以及汽車雨刷、魚竿、雨傘聲學(xué)等各類傳感器監(jiān)測(cè)手段[19-20]，為公眾參與科學(xué)研究提供了更多可能性。物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也為廣泛獲取氣象數(shù)據(jù)提供了新的機(jī)會(huì)，越來越多私人自動(dòng)氣象站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與在線平臺(tái)連接起來[21]，有利于提高降雨監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)覆蓋率，協(xié)助解決降雨的空間異質(zhì)性問題。此外，利用公眾獲取的數(shù)據(jù)與其他數(shù)據(jù)源進(jìn)行多源數(shù)據(jù)融合得到高時(shí)空分辨率和高精度的數(shù)據(jù)源也是發(fā)展趨勢(shì)之一，如融合雷達(dá)、降雨站和眾包形式的實(shí)時(shí)降雨數(shù)據(jù)可更準(zhǔn)確地估計(jì)地面真實(shí)降雨場(chǎng)[22]。

2.2.2 流量和水位

河道流量監(jiān)測(cè)相對(duì)復(fù)雜，一般采用流速、橫截面積或水位轉(zhuǎn)化的數(shù)學(xué)關(guān)系開展間接監(jiān)測(cè)。常規(guī)的水位、流速監(jiān)測(cè)受周邊環(huán)境影響，需要長(zhǎng)期維護(hù)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)有限[23]。隨著移動(dòng)電話的普及，即使在偏遠(yuǎn)地區(qū)公眾也可以利用短信發(fā)送監(jiān)測(cè)到的流量信息，如：Crowd-Hydrology項(xiàng)目在美國(guó)紐約州西部的3個(gè)流域根據(jù)捕魚點(diǎn)和徒步旅行的路線安裝了9個(gè)水位計(jì)供游客隨時(shí)監(jiān)測(cè)河流水位，以手機(jī)短信形式發(fā)送數(shù)據(jù)至網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)補(bǔ)充水文觀測(cè)數(shù)據(jù)[24]；Weeser等[25]通過對(duì)比肯尼亞地區(qū)Sondu-Miriu河流的路人主動(dòng)監(jiān)測(cè)水位計(jì)數(shù)據(jù)與雷達(dá)傳感器水位數(shù)據(jù)，結(jié)果表明公眾數(shù)據(jù)具有高質(zhì)量、高時(shí)間分辨率的特點(diǎn)；Mazzoleni等[1]充分發(fā)揮公眾分散式的特點(diǎn)，通過眾包形式監(jiān)測(cè)洪水水位，結(jié)合物理傳感器的流量數(shù)據(jù)對(duì)洪水進(jìn)行預(yù)報(bào)，提高了洪水預(yù)報(bào)的精度。

新興方法和技術(shù)在推動(dòng)公眾科學(xué)的發(fā)展中起到至關(guān)重要的作用。例如，使用智能手機(jī)內(nèi)置攝像頭配合加速計(jì)可以光學(xué)測(cè)量河道水位和水流速度，進(jìn)而估算河道的流量，研究表明該方法與傳統(tǒng)設(shè)備相比具有良好的一致性[26]；衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展有利于獲取高分辨率數(shù)據(jù)高程和河床數(shù)據(jù)，有效提高了流量估算精度[27]；從社交軟件中獲取預(yù)先存在的、公眾生成的數(shù)據(jù)，如Michelsen等[28]利用YouTube視頻分析出水位時(shí)間序列。

2.2.3 水質(zhì)

公眾科學(xué)已被廣泛用于河流、湖泊、濕地、水井、池塘的水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作中。由于水質(zhì)分析成本和技術(shù)較為復(fù)雜，需要專業(yè)的背景知識(shí)和設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)，故公眾參與水質(zhì)監(jiān)測(cè)往往局限于水質(zhì)樣本采集、基本物理/化學(xué)參數(shù)或宏觀指標(biāo)檢定的形式獲取數(shù)據(jù)，如：公眾采集當(dāng)?shù)厮畼?，郵寄給研究人員對(duì)水樣進(jìn)行進(jìn)一步處理分析[29]；通過視覺和嗅覺評(píng)估水的顏色、氣味和周圍條件[29]；利用溫度計(jì)測(cè)量水溫[13]；使用簡(jiǎn)單比色法測(cè)量硝酸鹽和磷酸鹽水平[30]；利用Secchi圓盤和濁度管測(cè)定水的濁度[31]；開發(fā)移動(dòng)應(yīng)用程序，利用智能手機(jī)攝像頭和輔助傳感器測(cè)量水體遙感反射率[32]等。

近年來，傳感器技術(shù)的飛速發(fā)展為更廣泛的水質(zhì)參數(shù)搜集開辟了廣闊的應(yīng)用前景。如：水生生物傳感器越來越多地應(yīng)用于溫度、溶解氧、濁度、電導(dǎo)率/鹽度、壓力、氧化還原電位和pH值等水質(zhì)相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)量；多參數(shù)監(jiān)測(cè)的集成傳感系統(tǒng)大大提高了水質(zhì)監(jiān)測(cè)能力；互聯(lián)網(wǎng)連接低成本、便攜式傳感設(shè)備，有助于公眾參與水質(zhì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)的及時(shí)上傳[10]。

2.2.4 其他

除了常規(guī)的水流監(jiān)測(cè)，公眾在河流泛濫、山洪、城市內(nèi)澇等不同的洪澇災(zāi)害評(píng)估和防控研究中具有重要的作用，如：對(duì)暴露出的洪澇災(zāi)害時(shí)空特征及受損程度情況的及時(shí)提取，有助于決策者做出更為準(zhǔn)確和有利的判斷，從而減少人民群眾生命財(cái)產(chǎn)損失[9]。Zeng等[16]利用互聯(lián)網(wǎng)媒體上非科學(xué)家（主流媒體和公眾）觀測(cè)數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確捕捉了2016年武漢市洪災(zāi)的空間分布，該成果可用于決策者規(guī)劃和設(shè)計(jì)預(yù)防性排水策略。

公眾科學(xué)在水生態(tài)方面的貢獻(xiàn)主要集中于生物多樣性調(diào)查和水環(huán)境數(shù)據(jù)搜集工作。水生生物多樣性調(diào)查主要依靠非專業(yè)愛好者進(jìn)行，調(diào)查對(duì)象非固定。如：一些訓(xùn)練有素的潛水愛好者在1997—2011年期間志愿調(diào)查了加利福尼亞州的魚類種群，項(xiàng)目開發(fā)了魚類數(shù)據(jù)庫(kù)，并報(bào)告了18種不同魚類的密度變化[33]。水環(huán)境數(shù)據(jù)搜集常具有一定的目的性，目標(biāo)明確，采用智能拍照設(shè)備記錄水面的藻類、泡沫、油或塑料垃圾分布[34]。芬蘭發(fā)起了公民參與式湖泊表層藻類水華現(xiàn)象監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，結(jié)果表明，與傳統(tǒng)衛(wèi)星遙感方法相比，公民可提供更可靠的水華的頻率和強(qiáng)度數(shù)據(jù)[35]。

土壤濕度作為水文模型的重要參數(shù)，測(cè)量技術(shù)越來越自動(dòng)化，其成本和穩(wěn)健性也不斷提升，可用于捕捉降水事件后土壤的水分波動(dòng)[10]。受監(jiān)測(cè)人力物力成本限制，土壤濕度監(jiān)測(cè)范圍局限且不連續(xù)，公眾參與可有效降低監(jiān)測(cè)人力成本，同時(shí)有利于對(duì)相關(guān)知識(shí)的科普。例如：2005年，公眾參與每周對(duì)Рotshini流域的土壤含水量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，一方面，使得公眾進(jìn)一步理解如何量化土壤水分及不同耕作制度對(duì)土壤水分的影響；另一方面，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析結(jié)果有利于解決當(dāng)?shù)睾导救彼畣栴}[36]。

土地利用和植被覆蓋類型對(duì)水文通量及其分布具有重要的影響，包括降水截留、冠層蒸發(fā)、下滲、坡面匯流等過程。水文模型往往依賴于高度概化的下墊面參數(shù)，雖然遙感下墊面特征化方法的普及很好地改善了這個(gè)問題，但仍有必要對(duì)植被類型、土地利用變化和生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性等進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)和驗(yàn)證。使用地理標(biāo)記攝影等觸手可得的技術(shù)為公眾參與當(dāng)?shù)剡b感數(shù)據(jù)的評(píng)估提供了機(jī)會(huì)。例如，Zhang等[12]通過手機(jī)拍照功能記錄黃浦江周邊土地利用變化情況，數(shù)據(jù)精度較高，將此用于分析該河流水體富營(yíng)養(yǎng)化的驅(qū)動(dòng)因子。

3 前沿問題與未來展望

3.1 水文數(shù)據(jù)市場(chǎng)擴(kuò)張

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，水文數(shù)據(jù)獲取逐步從簡(jiǎn)易計(jì)量發(fā)展至智能監(jiān)測(cè)、衛(wèi)星遙感等科技化手段。但受監(jiān)測(cè)成本和技術(shù)手段的限制，數(shù)據(jù)缺乏、信息不足仍是水文學(xué)研究的熱點(diǎn)問題，阻礙了相關(guān)的水文決策[37]。公眾科學(xué)發(fā)展對(duì)水文數(shù)據(jù)的補(bǔ)充帶來了新的希望，但由于數(shù)據(jù)來源不穩(wěn)定且質(zhì)量不可控等因素，在實(shí)際水文研究工作中仍較少使用[38]。同時(shí)，如何拓展水文數(shù)據(jù)感知市場(chǎng)、提升水文數(shù)據(jù)質(zhì)量及數(shù)據(jù)管理的有效性，充分發(fā)揮公眾科學(xué)在水文學(xué)的作用仍有待深入研究。

因此，需要拓展水文數(shù)據(jù)市場(chǎng)，推進(jìn)數(shù)據(jù)獲取趨向于多源化和多元化發(fā)展：開源獲取數(shù)據(jù)是未來發(fā)展方向之一，如：物聯(lián)網(wǎng)、公共系統(tǒng)、新基建給未來的水文學(xué)數(shù)據(jù)觀測(cè)帶來了的新契機(jī)；監(jiān)測(cè)設(shè)備趨向于多元化、日?；?，如通過多傳感器集成設(shè)備、3D激光掃描識(shí)別技術(shù)、智能手機(jī)等搜集多元、廣泛、動(dòng)態(tài)的數(shù)據(jù)。同時(shí)，數(shù)據(jù)處理能力也需進(jìn)一步增強(qiáng)（如數(shù)據(jù)質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)同化等），以實(shí)現(xiàn)水文數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新、同步校正。

3.2 水文分析技術(shù)推進(jìn)

一方面，公眾科學(xué)為水文領(lǐng)域的研究提供了數(shù)據(jù)支撐；另一方面，也會(huì)給水文學(xué)研究帶來新的技術(shù)問題：如何融合公眾科學(xué)、監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、遙感等多源多元的水文數(shù)據(jù)；單純利用公眾水文大數(shù)據(jù)而無(wú)視數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和含義，盲目使用數(shù)據(jù)導(dǎo)致結(jié)果分析的不合理；異構(gòu)的公眾數(shù)據(jù)具有較大噪音，增加了不確定性研究的復(fù)雜度以及伴生了新的多時(shí)空尺度嵌套等問題值得思考。

如此看來，未來要在水文領(lǐng)域廣泛而深入地應(yīng)用公眾科學(xué)，其相應(yīng)的技術(shù)還有較大的改善空間。如：發(fā)展多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)有效水文信息的最大化識(shí)別和提??；采用深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，挖掘公眾數(shù)據(jù)潛藏的水文規(guī)律；深入探究各類公眾數(shù)據(jù)的不確定性及對(duì)水文過程的影響；針對(duì)泛在感知數(shù)據(jù)時(shí)空不均勻性，開展相應(yīng)的多時(shí)空嵌套研究，逐步向精細(xì)化水文仿真及模擬方向發(fā)展。

3.3 水文知識(shí)深層次探索

在數(shù)據(jù)的有效使用方面，Aceves-Bueno等[39]總結(jié)了83篇相關(guān)文獻(xiàn)研究，結(jié)果表明公眾科學(xué)可有效補(bǔ)充傳統(tǒng)水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，有利于水文學(xué)向精細(xì)化發(fā)展。同時(shí)新技術(shù)的引入，可不斷提升水文過程仿真模擬和預(yù)報(bào)的精度。然而，現(xiàn)有的水文理論及模型方法基于原有的常規(guī)水文監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)發(fā)展而來，面對(duì)公眾科學(xué)帶來的水文數(shù)據(jù)激增，現(xiàn)有的水文學(xué)理論框架是否可以承載和適用，值得進(jìn)一步考量。另外，如何科學(xué)處理公眾與水文學(xué)的關(guān)系也成為長(zhǎng)期面臨的一大科學(xué)挑戰(zhàn)。

根據(jù)上述問題，有必要基于公眾科學(xué)獲取的泛在感知數(shù)據(jù)，開展對(duì)水文學(xué)的研究基礎(chǔ)、技術(shù)方法、理論框架等方面的優(yōu)化及重構(gòu)研究[40]。如：評(píng)價(jià)水文學(xué)模型和方法對(duì)公眾數(shù)據(jù)承載力和適用性；融合公眾數(shù)據(jù)改善現(xiàn)有水文模型，提升水文預(yù)報(bào)精度，提取水文學(xué)新規(guī)律、發(fā)掘新要素，重構(gòu)水文學(xué)理論等。在水文學(xué)研究已從單一自然現(xiàn)象的研究轉(zhuǎn)向水文學(xué)與社會(huì)學(xué)相結(jié)合的時(shí)代背景下，一門新興的研究領(lǐng)域—“公眾水文學(xué)”被提出[40]。該領(lǐng)域橋接公眾與水文科學(xué)的鴻溝，充分發(fā)揮公眾科學(xué)的特點(diǎn)，形成全新的研究體系，促進(jìn)水文學(xué)學(xué)科突破性發(fā)展。

4 結(jié) 論

公眾科學(xué)發(fā)展依賴廣泛的群眾基礎(chǔ)，借助公眾分布范圍廣、主觀能動(dòng)性強(qiáng)等特點(diǎn)參與水科學(xué)研究，將推進(jìn)水文學(xué)進(jìn)一步發(fā)展。利用集體智慧重塑更傳統(tǒng)的科學(xué)實(shí)踐，匯集公眾的想法，推動(dòng)理解和創(chuàng)新的界限，從而促進(jìn)學(xué)科的包容性。本文通過文獻(xiàn)和項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)總結(jié)了公眾科學(xué)在水文領(lǐng)域的研究進(jìn)程，分析表明：公眾科學(xué)在水文學(xué)中應(yīng)用與日俱增，尤其在發(fā)達(dá)國(guó)家關(guān)注度較高，中國(guó)也已在此領(lǐng)域有了初步發(fā)展；目前，公眾科學(xué)對(duì)水文領(lǐng)域的貢獻(xiàn)仍集中于水文相關(guān)數(shù)據(jù)的獲取，在降雨量、徑流、水位、水質(zhì)、土壤濕度、洪澇災(zāi)害、水生態(tài)、土地利用/植被覆蓋等方面都取得了一些應(yīng)用成果。然而，公眾科學(xué)在水文學(xué)應(yīng)用方面還存在一定的局限性，未來可在數(shù)據(jù)市場(chǎng)擴(kuò)張、水文分析技術(shù)推進(jìn)、水文知識(shí)深層次探索方面深入研究。