電子水位本在土門樓水文站資料整編中的應用

孫亞楠

（河北省廊坊水文勘測研究中心,河北 廊坊 065000）

水文是研究地球系統中水的存在、分布、運動和循環變化規律的一項基礎工作。水文資料是國家重要的基礎信息資源之一[1],水文監測是水文資料的主要來源,對通過水文測驗得到的水文數據進行分析、計算和整編后,應用于水資源評價、水資源管理、防汛抗旱以及水利工程建設等領域[2]。近些年來,水文信息化迅速發展,水文監測方式也有了一些轉變,由傳統的人工監測逐步走向自動化監測,形成了人工監測和自動監測相結合的模式[3]。隨著水文監測和水文整編形式的改革,我們需要一個將水文要素從監測—數據錄入—計算分析—整編數據源生成的整編軟件,經過多年的實踐和探索,最終成型了一套成熟的“水文資料整編系統HDP5.0”（簡稱“整編系統5.0”）。但是如何把原始數據轉化為整編系統5.0 可以接收的數據,各個地方都有自己的一套系統。本文以河北省土門樓水文站資料整編為例,介紹電子水位本在數據轉化上的應用。

1 測驗系統簡介

1.1 水文資料整編軟件的發展

20 世紀50 年代～80 年代前期,我國的各種水文整編的成果,一直用人工摘錄、計算、整理、繪制圖表,計算的工具由算盤發展到了計算機,工作量很大,耗時長,錯誤率也比較高,給整編工作帶來了很多不便[4]。20 世紀70 年代中后期到80 年代中后期,長江水利委員會和黃河水利委員會先后運用ALGOL-60 語言、FORTRAN 語言編程,研發了水文資料整編軟件,在全國廣泛使用,終端機的出現改變了以往的工作模式,給數據的錄入、核對帶來了很大的便利[5-6]。到90 年代中期,在DOS 為主的操作系統已經日益成熟,于是在DOS 系統下運用BASIC 語言,開發了更為成熟的編程軟件。與此同時,河北省也基于DOS 操作系統運用VB6.0 和FORTRAN 語言混合研發了水文資料整編軟件,在水文年鑒恢復刊印后,河北省水文資料整編系統還被應用于海河水利委員會和北京一些地方的水文資料整編中。21 世紀全國恢復了水文年鑒復刊工作,長委和黃委分別開發了“南方片水文資料整編系統”和“北方片水文資料整編系統”。到了2018 年,水文整編系統由單機版升級為了網絡版,并一直沿用至今。

1.2 電子水為本簡介

河北省廊坊水文勘測研究中心由專業技術人員基于Windows 系統運用Visual Basic 語言在2003 年開始編寫電子水位本,2005 年在廊坊水文中心各個水文站進行推廣使用,經過一段時間的應用,取得了非常好的效果,確確實實達到了提高工作效率、減輕勞動強度、提升資料質量的目的。電子水位本具有數據錄入、分析計算、數據校核和成果格式轉化等功能,分析計算模塊程序編寫主要依據水文行業內的各種規范,主要包括人工監測和自動監測水位數據核對、流量分析計算、流量插補、水溫冰情摘錄表的繪制等水文資料處理的相關功能。

2 土門樓水文站簡介

土門樓水文站位于河北省廊坊市香河縣五百戶鎮土門樓村青龍灣減河土門樓節制閘橋北側,測站附近地面高程約為14.00 m,測站凍結基面為大沽基面。本站轄北運河土門樓（北）站和青龍灣減河土門樓（青）站兩個監測斷面。北運河土門樓（北）站為海河流域北運河水系北運河控制站,該站始建于1930 年5 月。本站斷面以上集水面積約2850 km2,為區域代表站,屬河北省重點站,測站精度為二類；青龍灣減河土門樓（青）站為潮白薊運河流域潮白河水系青龍灣減河控制站,是北運河經由青龍灣減河向潮白新河分泄洪水的控制斷面,該站始建于1924 年。屬河北省重點站,測站精度為二類。

土門樓站是河北省與天津市的界河站,對防汛的科學決策及其下游天津市的防汛工作起著極其重要的作用。土門樓（北）監測項目：水位、流量、單樣含沙量、懸移質輸沙率、水溫、冰凌、降水量、蒸發量、水化學分析等。土門樓（青）監測項目：水位、流量、單樣含沙量、懸移質輸沙率等。

3 電子水位本應用

3.1 電子水位本工作表的填制

3.1.1 工作表“水位本”的填制

1）首先按要求在工作表“水位本”表頭“基本信息區域”錄入基本信息、水尺編號和相應水尺零點高程,見圖1。當基本信息錄入完畢后,下邊的各欄均須錄入相應數據。

圖1 電子水位本基本信息

圖1 中基本信息區域的填寫要求如下：

（1）站類：河道站填1,堰閘站填2。

（2）年份：錄入當年資料的四位數年份。

（3）測站編碼：在J 列錄入河道站或閘壩站上斷面站碼,在K 列錄入閘壩站下斷面站碼。

（4）河名：錄入本站河流名稱。

（5）站名：錄入本站站名,閘壩站加閘（壩）上斷面特征。

（6）冰厚測量位置斷面名稱：填寫如“基本水尺斷面”“閘上基本水尺斷面”“ 壩上基本水尺斷面”等。

（7）水文電算加工表保存路徑：填寫省局整編程序水文電算加工表正確路徑,如e:swzbswys。

（8）讀取實測流量用“實測流量及堰閘率定計算”文件名：填寫“水文測整實用軟件系統實測流量及堰閘率定”文件夾中的本站的實測流量及堰閘率定表的名稱,如“2008土（北）實測流量及堰閘率定計算（116）.xls”（要求“水文測整實用軟件系統”文件夾和“swzb”文件夾必須都在同一磁盤的根目錄上,否則找不到實測流量文件）。

（9）閘壩站流量資料站名：用程序插補流量的堰閘站填寫,生成輔助圖表時用,如空白則默認閘上（壩上）斷面特征。

（10）堰閘閘門基本數據：包括閘底及堰頂高程、孔數和單孔寬等項,見圖2。

圖2 堰閘閘門基本數據

2）填制綠色各欄數據時,要按照《電子水位本》的填寫要求填寫,其中實測流量欄需注意,全年采用連實測流量過程線法整編的需要填寫這一欄,河道站和不采用程序插補流量的堰閘站將人工插補的瞬時流量和實測流量一并填在這一欄。填寫時要注意年頭年尾的銜接。

3.1.2 工作表“冰情gc”和工作表“閘門qb”的填制

填制“冰情gc”表時,月日跟同上的可以省略,時間欄輸入8,其他各欄相應錄入冰情觀測記載表（河道、閘上或壩上斷面）上的數據,以備橫向對照使用,見圖3。

圖3 冰情gc 表填制情況

填制“閘門qb”工作表時,在各欄錄入閘門啟閉記載表中的數據,月日同上可省略,時分之間用小數點間隔,填法同“水位本”工作表。水位為河干時填-8,孔數欄在閘門全閉時填0,開啟高度欄提出水面填99、閘門全閉錄入0,見圖4。

圖4 閘門qb 表填制情況

3.1.3 工作表“沙量jz”的填制

在填制“沙量jz”表時,要求在各欄必須錄入各次單沙和輸沙率數據應該有的數據項,不能漏錄,而且各項目必須嚴格按規范規定的有效位數和本表表頭的批注要求錄入,否則容易出錯。單沙垂線特征標記欄：純單沙的垂線填d。輸沙率中的相應單沙垂線填sd。輸沙率中的其它測沙垂線填s。開始時分、結束時分欄：輸沙率測次填寫此欄,分鐘有0 的要補齊,時分之間以小數點間隔。斷面輸沙率、斷面平均含沙量欄：輸沙率測次填寫此欄。基本水位欄：水位整米數不可省略,堰閘站可只填推沙斷面水位。測點深欄：采用積深法取沙時,填“積深”,方法同上時不省略。濾紙加沙重欄：河水澄清目測含沙量為零在此欄填c。含沙量欄：按規范要求填齊有效位數（左零右零均不可省略）。備注欄：該欄為程序計算的含沙量數值,以作對照用。單樣含沙量欄：從“af”列而來,固定兩線積深者只填一個平均值,見圖5。

3.1.4 其他工作表填制情況

其他各工作表表均自動填制,各表均不可隨意刪除。其他各表有：“水溫rb”,逐日水溫表；“冰摘”,冰厚及冰清要素表；“冰統”,冰情統計表；“dz 圖”,水溫氣溫對照圖；“圖數”,水溫氣溫對照數據；“實測Q”,實測流量率定數據表；“插補Q”,瞬時流量插補計算表；“成果Q”,多系列瞬時流量過程成果表；“輔表”,插補瞬時流量輔助表,此表打印后作為送省輔助圖表資料；“閘門qb”閘門啟閉記載表,此工作表右側表格數據為自動生成,作為校核用；“沙量jz”,含沙量處理記載表,此工作表右側單樣含沙量測驗記載表和實測懸移質輸沙率成果表為自動填制,作為校核和生成制表原始文件用。

3.2 流量的插補

流量插補是流量資料整編過程中重要的一部分, 對于堰閘站來說,有一個適合的流量插補方法更重要。堰閘站由于受上下游水利工程的影響,很難率定出單一的相關曲線,無法用關系曲線推流,一般采用連實測流量過程線法推流（如土門樓水文站）,但當閘門調度頻繁,過程難以控制時,就需要對流量變化的轉折點予以插補。電子水位本中運用堰閘流量系數法對流量進行插補。

觀察“水位本”中的水位變化,若有水位變化比較大但未測到流量的點,則需要插補流量,在需要插補流量的日期對應的“堰閘站插補流量標志”這一欄寫“1”,見圖6,需要插補的是1 月2 日8 時的流量。

圖6 流量插補表

選好需要插補的日期后,點擊功能欄“堰閘流量插補”下的“1.1 多系列瞬時流量插補計算”便得到了“成果Q”表。如圖7 所示,對得到的四組數據結合流量過程先和水位過程線進行和理性分析,將最后選定的數進行標黃,然后點擊點擊功能欄“堰閘流量插補”下的“2.9 人工選擇插補成果”,便得到了L 列數據,L 列數據,一般情況下,該列數據便為往整編系統5.0 里錄入的數據。

圖7 多系列流量插補情況

若計算得到的四組數據,經過分析發現均不符合水位流量關系,則需要打開“輔表”查看“插補流量系數”欄中的數據,看該數據是否均在流量計算公式中系數的范圍內,若超出了范圍,則在系數范圍內選取一個數值,運用流態所對應的流量計算公式計算得到一個流量,分析計算得到的流量是否符合水位流量關系,若符合,則該數據便為該日期的插補流量,若不符合則再更換系數進行計算,直到符合水位流量關系為止。插補瞬時流量的輔助表見圖8。

圖8 插補瞬時流量輔助表

4 整編數據的錄入

當水位本完成對水位和流量的整編后,點擊功能欄中的“南方片電算加工”下的“2.填制堰閘站完整電算加工表”（若整編的站位河道站,則選擇“1.填制河道站完整電算加工表”）便得到“南方片電算表”,將該表中的數據復制到整編系統5.0 中進行整編,水位數據的錄入見圖9,流量數據的錄入見圖10。

圖9 水位數據的錄入

圖10 流量數據錄入

5 結語

土門樓水文站使用“電子水位本”參與測站的水文資料整編工作,在水位、流量、水溫、冰情、閘門啟閉等測驗項目中成效顯著,能夠較好地完成年度整編任務?！半娮铀槐尽避浖褂煤唵?、界面清晰易懂、功能完善,能夠滿足水文站的基本工作需求,實現了水文資料在站整編的數字化和自動化,提高了水文資料整編的工作效率和工作質量。各項數值的計算符合水文行業“四舍六入,奇進偶舍”的原則。在廊坊水文中心得到了很好地推廣和使用。