水文資料在線整編在水文巡測站的應用

摘要：為解決水文測驗資料整編成果時效性滯后等問題，介紹了云南省水文資料在線整編系統的構架、主要功能及實際應用。該系統運用實時統計模塊、遙測數據及人工測驗數據填報處理模塊、數據校審模塊、流量（斷沙）處理模塊及資料整編模塊，實現了測站水文資料實時在線整編、審查。通過干海子水文巡測站la多的實際應用，系統各個功能模塊運行正常、穩定，各監測要素整編成果精度達到規范要求。論文研究成果可為其他測站開展在線整編工作提供參考。

關鍵詞：水文資料;在線整編;互聯網+;時清日結;干海子水文巡測站;云南省

中圖法分類號：P337

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j .cnki.slsdkb.2020.08.003

1 研究背景

多年來，水文測驗整編成果經逐級審查、驗收后，當年的整編成果在次年5月才能刊印提供使用，其成果時效性滯后，不適應社會經濟發展對其成果即時性使用的需求。為解決水文測驗資料整編成果時效性滯后等問題，云南省水文水資源局于2018年組織研發了云南省水文資料在線整編系統（以下簡稱“系統”），應用“互聯網+”思維實現靜態水文資料整編向動態水文資料整編轉變，精準落實“四隨”工作，抑制監測數據源頭誤差產生，確保資料數據準確，使測站資料整編工作及資料審查工作達到時清日結、省時高效[1-4]。為驗證該系統整編成果質量，本文以干海子水文巡測站為例，分析該系統的實際應用情況，對降雨量、水位、流量各監測要素的在線整編成果精度進行分析評價。

2 系統架構及功能

2.1 系統架構

該系統由在線整編實時統計、遙測數據及人工測驗數據填報處理、數據校審、流量（斷沙）處理及資料整編5個模塊組成;系統架構見圖1[5-6]。

2.2 系統功能

2.2.1 在線整編實時統計

水文資料在線整編能實現整編成果、人工測驗數據填報時間、水文特征值及數據校審攔截等實時統計功能。

2.2.2 遙測數據及人工測驗數據填報處理

遙測數據由系統自動處理后錄入過渡數據庫;對人工測驗數據進行網絡實時在線填報、校驗、計算等，將所得到的測驗成果數據入庫到過渡數據庫。

（1）數據填報。按系統界面給定的數據格式，填報人工測驗獲取的水準測量、水位、流量、輸沙率、水溫、岸溫、降雨量、蒸發量及氣溫等資料數據。

（2）數據校驗。對不同測驗項目內容設置相應的邊界條件及參數并校驗，對不滿足條件的數據要進行完善修改和自動訂正等，直到數據正確。

（3）數據計算與入庫。根據不同內容及相應需求，采用對應的計算公式處理，得到的測驗成果數據直接入庫到該系統過渡數據庫，參加水文資料實時在線整編[7]。

2.2.3 數據校審

按相應站點的攔截條件值，對人工測驗數據及遙測儀器監測數據即過渡數據庫中的異常值進行攔截警示，繪制水位、流量、單沙、水溫、岸溫、降雨量、蒸發量、氣溫等過程線且并列顯示多站同步時段統計值（當顯示過程線時，能靈活對單站或多站切換），找出異常值原因，由人工確認修正，完成數據校審。經校審后的數據直接入庫到原始數據庫。

2.2.4 流量（斷沙）處理

確定上年度擬合推流參照趨勢線及本年首條推流曲線，對照新舊繪制曲線趨勢，按定線精度指標，對實測水位流量（單沙斷沙）點進行實時在線擬合及繪制曲線，以推流時段及相應區間極值控制完成“一線一表”（每個推流時段獨立使用一條推流曲線，一條推流曲線獨立對應一張表）制作且進行實時推流（沙），得到實時完整的時間、水位、流量及時間、斷沙系列成果資料。推流（沙）關系曲線圖及對應流量（斷沙）成果表分別存放于水位流量關系圖結點數據庫及單沙斷沙關系圖結點數據庫。系列成果資料數據直接入庫到監測數據庫，用于解決實時報汛問題。

2.2.5 資料整編

該系統實時自動完成各項目資料整編，資料整編后形成符合SL247-2012《水文資料整編規范》及SIA60-2009《水文年鑒匯編刊印規范》要求的單站水文資料綜合成果、單站水文資料整編成果、單站降蒸成果、分局降蒸成果及分局水文年鑒[8-13]。

3 系統應用

以干海子水文巡測站為例，闡述該系統的實際應用情況。

3.1 應用站概況

干海子水文巡測站位于云南省昆明市官渡區阿拉鄉干海子村，地處東經102°50' 44.2”、北緯25°00' 48.0”，始建于1980年6月，是長江流域金沙江水系普渡河滇池人湖河流寶象河干流控制站，集水面積216 km2，屬國家基本水文站、省級報汛站、區域代表站、三類精度站、巡測站，設降雨、水位及流量等監測項目，主要收集寶象河基本水文水資源信息，為滇池治理與保護、區域水資源管理及防汛抗旱等服務。

3.2 實際應用情況

該系統于2018年8月正式應用于干海子水文巡測站，各監測要素具體應用情況如下。

3.2.1 降雨應用情況

干海子水文巡測站降雨要素采用JD205型翻斗式遙測雨量自記系統，其遙測數據經GPRS通訊系統直接傳人該系統過渡數據庫，由人工對異常值修正、校審，時段缺失的降雨數據可選擇周圍降雨站點作為參照站點系統自動查補后，進入原始數據庫，再經該系統合理性檢查后進人監測數據庫，實時自動整編，輸出降雨要素相關整編成果資料電子書[14]。經1a多的運行，該系統相應模塊及功能運行正常穩定。

3.2.2 水位應用情況

干海子水文巡測站水位要素采用WFH-2A型全量程機械編碼浮子式水位遙測自記系統，輔以搪瓷式水尺人工校測，其遙測數據經GPRS通訊系統直接傳人該系統過渡數據庫，由人工對異常值修正、校審后，入庫到原始數據庫，再經該系統合理性檢查后進人監測數據庫，經實時自動整編，輸出水位要素相關整編成果資料電子書[15]。經1a多的運行，該系統相應模塊及功能運行正常穩定。

3.2.3 流量應用情況

干海子水文巡測站流量要素采用人工測驗方式，中高水采用纜道流速儀法，低枯水采用涉水流速儀法和走航式ADCP法進行施測[16-17]。對人工施測的流量數據進行實時成果計算，并生成流量記載表和實測流量成果表。系統根據實測流量成果表的數據進行實時水位流量關系自動定線，若實測流量點出現突變，即刻施測1次流量;若該次流量返回原曲線，則維持原推流曲線;若該次流量和突變測點一致，就繼續施測1次流量，這次流量和前2次流量一致，說明突變屬實，則重新依據3個實測點繪制新推流曲線;從確立新的推流曲線時刻起在該曲線推流，否則，仍維持原推流曲線;若測點不出現突變，與上次相近，且連續3個測次點呈現明顯系統偏離，則說明該系列已不屬原推流曲線系列，即需進行重新定線推流[18]。如此經流量處理環節后人監測數據庫，經實時自動整編，輸出流量要素相關整編成果資料電子書。經1a多的運行，該系統相應模塊及功能運行正常穩定。

3.3 應用站成果精度分析

采用干海子水文站2019年1-12月的實測水文資料，假定傳統整編方法（南方片整編軟件2.0）輸出的降雨、水位、流量各項整編成果為真值，與該系統在線整編輸出的各項成果對比并作精度分析。

3.3.1 降雨整編成果精度分析

將兩種整編方法成果從日量、月量、年量、極值方面進行對比分析，以月值為例，降雨整編成果對比分析見表1。

經對比分析，兩種方法整編的日、月、年降雨量及極值成果完全一致，表明該系統在線整編的降雨資料成果精度和質量均滿足相關規范要求。

3.3.2水位整編成果精度分析

將兩種整編方法成果從日、月、年水位及極值方面進行對比分析，以月值為例，見表2。

經對比分析，從干海子站日平均水位誤差分析、干海子站各月月平均水位對照、干海子站各月特征值水位對照來看，該系統在線整編成果的日、月、年平均水位和水位極值均與傳統整編方法的成果完全一致，表明該系統在線整編的水位資料成果精度和質量均滿足相關規范要求。

3.3.3 流量整編成果精度分析

干海子水文站2019年度共施測流量48次（其中走航式ADCP施測14次，流速儀施測34次），主要從以下幾方面對傳統整編方法和系統在線整編方法獲得的成果進行對比分析。

（1）整編成果小數位取舍對比分析。水文資料要素取用精度來源于儀器測量精度和科學計數法進行規范記錄，科學計數法目的是標記或運算某個較大或較小且位數較多的數據時，避免浪費空間和時間。基于此，該系統對部分要素的取用精度做了一定調整（見表3）。

（2）日平均流量對比分析。由系統在線整編計算的日平均流量成果與傳統法成果對比（數據表略）可知，日平均流量絕對誤差在-0.092-0.080 m3/s之間，相對誤差在-5 .424% -4.571%之間。按傳統法計算，小數有效位數按原規范取舍，而該系統在線整編計算小數位統一保留至0.001m3/s，在線法計算結果更為精確。

（3）月年平均流量成果對比分析。兩種方法整編成果的月徑流量進行對比分析見表4。由表4可知，該系統與傳統法所計算的月平均流量絕對誤差在-0.013 -0.012 m3/S之間，相對誤差在-0.594% -1 .327%之間;年平均流量絕對誤差為0.001 m3/S，相對誤差為0.063%。

（4）流量特征值成果對比分析。兩種方法整編的流量月特征值對比結果見表5。

由表5可見，兩種方法整編的流量月特征值絕對誤差在-0.086-0.029 m3/s之間，相對誤差在-0.323% -2.710%之間;月特征值出現日期除9月最小流量因小數位取舍原因導致不一致外，其余完全相同。

（5）綜合評價。從分析結果可見，不論是在線整編方法還是傳統整編方法，該系統流量整編成果均達到規范要求。從干海子站日平均流量誤差、年月徑流量、特征值對比分析來看，干海子水文站2019年度水文資料在線整編系統計算出的日平均流量、各月平均流量、年平均流量、月特征值與傳統整編方法計算出的成果誤差均在規范規定范圍內，表明該系統在線整編的流量資料成果精度和質量均滿足相關規范要求。

4 結論

（1）水文資料在線整編系統基于“互聯網+”思維，通過在線整編實時統計等5個功能模塊，實現了水文測站實測資料在線整編，使水文資料整編、審查工作及時完成，達到時清日結、省時高效。

（2）該系統經干海子水文巡測站應用1a多以來，各監測要素功能模塊運行正常穩定。

（3）經對比分析，傳統法與該系統在線法整編的干海子水文巡測站2019年日、月、年降雨、水位及其極值成果完全一致，表明該系統在線整編的降雨、水位資料成果精度和質量均滿足相關規范要求。

（4）干海子水文巡測站2019年度水文資料在線整編系統成果與傳統整編法成果對比表明：日平均流量絕對誤差在-0.092-0.080 m3/s之間，相對誤差在-5 .424% -4.571%之間;月平均流量絕對誤差在-0.013-0.012m3/s之間，相對誤差在-0.594% -1 .327%之間;年平均流量絕對誤差為0.001m3/s，相對誤差為0.063%;月特征值絕對誤差在-0.086-0.029 m3/S之間，相對誤差在-0.323% -2.710%之間。各誤差均在規范規定范圍內，表明該系統在線整編的流量資料成果精度和質量均滿足相關規范要求。

（5）為更加全面評價該系統在水文測站的實際應用情況，可選擇監測要素更全的水文駐測站作進一步分析研究。

參考文獻：

[1] 云南省水文水資源局.水文資料在線整編系統設計簡介[R].昆明：云南省水文水資源局，2018.

[2] 云南省水文水資源局.水文資料整編軟件沿革及展望[R].昆明：云南省水文水資源局，2017.

[3] 云南省水文水資源局.水文資料在線整編系統使用手冊[R].昆明：云南省水文水資源局，2017.

[4] 云南省水文水資源局.水文資料在線整編系統應知應會手冊[R].昆明：云南省水文水資源局，2019.

[5] 云南省水文水資源局.水文資料在線整編系統設計[R].昆明：云南省水文水資源局，2018.

[6] 李自順，陳玉斌.水文資料整編及數據入庫設計程序[M].天津：天津科學技術出版社，2017.

[7] 云南省水文水資源局，水文資料人工測驗數據處理系統設計與應用[R].昆明：云南省水文水資源局， 2019.

[8] SL247-2012水文資料整編規范[S].

[9] SIA60-2009水文年鑒匯編刊印規范[S].

[10]李自順，水文資料排版與集成系統設計[M].天津：天津科學技術出版社，2017.

[11]云南省水文水資源局.云南省水文資料裝訂規定[R].昆明：云南省水文水資源局，2012.

[12]云南省水文水資源局.水文資料排版與集成系統的研制與應用[R].昆明：云南省水文水資源局，2017.

[13] 李自順，水文年鑒沿革與思考[J].人民珠江，2017 （1）：38-39.

[14] SL21-2015降雨量觀測規范[S].

[15] CB/T50138-2010水位觀測標準[S].

[16] CB50179-2015河流流量測驗規范[S].

[17] SL337-2006聲學多普勒流量測驗規范[S].

[18] 云南省水文水資源局，動態水位流量關系曲線繪制[R].昆明：云南省水文水資源局，2019.

（編輯：唐湘茜）

作者簡介：張麗花，女，工程師，主要從事水文水資源勘測工作。E-mail： 1873708328@qq。com