杭州市水文資料在線整編系統(tǒng)研發(fā)及應(yīng)用

楊 云，童 覽，陳巍莉

（杭州市水文水資源監(jiān)測總站，浙江 杭州 310016）

1 問題的提出

水文是研究地球系統(tǒng)中水的存在、分布、運動和循環(huán)變化規(guī)律的一項基礎(chǔ)工作。水文資料是國家重要的基礎(chǔ)信息資源之一，廣泛應(yīng)用于防汛防臺抗旱、水資源管理、水生態(tài)保護，以及水利工程和其他工程建設(shè)，為我國水利和國民經(jīng)濟發(fā)展提供科學(xué)決策依據(jù)。

水文監(jiān)測項目包括降水、蒸發(fā)、水位、 流量、 泥沙、水溫、地下水等，根據(jù)現(xiàn)行水文行業(yè)整編規(guī)范要求，水文資料整匯編工作從原始資料校核，到水文年鑒刊印成冊，要經(jīng)過在站資料收集整編、地市審查、省級復(fù)審、卷冊匯編、流域?qū)彶?、全國終審等階段[1-2]。除在站整編外，各階段工作均需組織多人耗費很長時間進行集中辦公。為縮短資料整編時間，提高水文資料整編效率，更好地滿足最嚴格水資源管理、水生態(tài)文明建設(shè)、河（湖）長制管理等社會經(jīng)濟發(fā)展需要，水利部辦公廳發(fā)布《關(guān)于做好2018年度全國水文資料整編工作的通知》，要求將水文資料整編的工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)榧磿r整編。杭州市在目前應(yīng)用的“水文資料整編系統(tǒng)HDP5.0”（以下簡稱“整編系統(tǒng)5.0”）基礎(chǔ)上，研發(fā)“水文資料在線整編系統(tǒng)”（以下簡稱“在線整編系統(tǒng)”），彌補“整編系統(tǒng)5.0”在水文原始數(shù)據(jù)的接收、處理、圖表展示、審查等方面的不足。經(jīng)實踐應(yīng)用，“在線整編系統(tǒng)”可有效縮短資料整編時間，提高工作效率，還能節(jié)約大量人力、物力、財力。

2 水文資料整編軟件發(fā)展沿革

20世紀70年代前，我國水文資料整編依靠人工摘錄、計算、繪制圖表。70年代初中期，長委、黃委等開始用ALGOL - 60語言在我國自行設(shè)計研發(fā)的DJS - 6計算機上進行資料整編[3]。到80年代中后期，長委、黃委用VAX計算機采用FORTRAN語言編程，先后研發(fā)了較為系統(tǒng)的水文資料整編軟件，在全國推廣應(yīng)用，在該時期，因終端機的出現(xiàn)，改變了部分水文觀測項目測驗方式，給數(shù)據(jù)的錄入、校核、糾錯帶來了很大便利[4]。到90年代中期，以DOS、Windows為主的操作系統(tǒng)日益成熟，編程語言也豐富多彩，為水文資料整編軟件的發(fā)展提供了良好環(huán)境，在DOS系統(tǒng)下用BASIC語言，開發(fā)第二代整編程序。2000年后，長委、黃委、江蘇、浙江、山東等水文局結(jié)合各自實際，分別在DOS系統(tǒng)下用FORTRAN、BASIC、PASCAL等語言，或者在WINDOWS系統(tǒng)下用VB和VC語言，開發(fā)多種水文資料整編軟件。2002年后，全國恢復(fù)水文年鑒復(fù)刊工作，長委和黃委分別開發(fā)了適合南方、北方的“南方片水文資料整編系統(tǒng)”和“北方片水文資料整編系統(tǒng)”，用于全國水文資料整編工作[5]。2018年，水利部要求全國水文資料采用即時整編，長江水利委員會水文局便在單機版水文資料整編軟件基礎(chǔ)上，將整編軟件升級為網(wǎng)絡(luò)版。

3 水文資料整編工作存在的問題

整編軟件的發(fā)展，給水文資料整編工作帶來極大便利，但整編工作流程上仍存在一些不足，無法滿足即時整編時效性的要求。

（1）原始數(shù)據(jù)采集。水文資料整編原始數(shù)據(jù)包括人工、終端機和遙測系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)，由于水文站點分布廣泛，需耗費大量人力物力收集水文監(jiān)測原始數(shù)據(jù)，無法滿足即時整編的時效性要求。

（2）數(shù)據(jù)處理。目前，降水、水位主要采用終端機或遙測數(shù)據(jù)，蒸發(fā)、水溫主要采用人工觀測數(shù)據(jù)，流量、泥沙主要采用人工或自動監(jiān)測數(shù)據(jù)進行資料整編。由于自動采集的電子數(shù)據(jù)存在缺失、突跳等問題，需根據(jù)備用或人工監(jiān)測數(shù)據(jù)進行處理，而現(xiàn)有的“整編系統(tǒng)5.0”不具備原始數(shù)據(jù)的接收、摘錄、分析、校正等功能。

（3）水文資料審查、復(fù)審。根據(jù)規(guī)范要求，從原始觀測資料到整編成果應(yīng)經(jīng)過整編、審查、復(fù)審3個階段?，F(xiàn)有的“整編系統(tǒng)5.0”僅能實現(xiàn)簡單的在線審查，沒有很好的審查自動化功能和復(fù)審平臺，無法滿足水文資料在線審查、復(fù)審要求。

4 在線整編思路探索

“整編系統(tǒng)5.0”的研發(fā)，可有效提高水文資料整編工作效率，解放人力、財力資源，但仍無法滿足即時整編的要求，需進一步研發(fā)“在線整編系統(tǒng)”，輔助用于整編的各個階段。結(jié)合工作實際，認為“在線整編系統(tǒng)”應(yīng)具備以下幾個功能：

（1）歷史水文數(shù)據(jù)庫。在已入庫年鑒數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，對歷史水文（年鑒）數(shù)據(jù)庫進行查漏、補缺、糾錯，實現(xiàn)年鑒數(shù)據(jù)的完整、準確入庫存儲。在此基礎(chǔ)上，對降水、水位、流量等主要水文要素數(shù)據(jù)進行加工處理，形成類型豐富、時空尺度適當、信息組織科學(xué)的各類綜合分析成果。

（2）數(shù)據(jù)實時接收、處理。對接水文遙測系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時接收，建立甄選模型，對數(shù)據(jù)合理性進行智能識別，過濾出需要人工刪除、修改，或根據(jù)備用數(shù)據(jù)進行批量插補、替換的數(shù)據(jù)。另外，針對人工觀測或自記數(shù)據(jù)（水溫、水面蒸發(fā)量、實測流量、實測大斷面、實測輸沙率等），具備圖片上傳及人工輸入功能，可用于實時在線審查及整編。

（3）原始數(shù)據(jù)審查、復(fù)審?，F(xiàn)今，大多水文自動監(jiān)測站點都具有2套以上遙測數(shù)據(jù)，“在線整編系統(tǒng)”具備單站多套原始數(shù)據(jù)或多站原始數(shù)據(jù)比對及圖表展示功能，實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的逐級審查、復(fù)審，確保數(shù)據(jù)源準確、可靠。另外，在審查、復(fù)審過程中，對更改的原始數(shù)據(jù)，需填寫更改日志，便于后續(xù)檢查。

（4）圖、表展示。傳統(tǒng)整編模式需借助自記紙或利用EXCEL制表、CAD繪圖進行水文資料審查，耗費大量時間，無法滿足整編時效性的要求?！霸诰€整編系統(tǒng)”可進行數(shù)據(jù)加工，進行智能化的圖、表展示，在圖、表結(jié)構(gòu)上與傳統(tǒng)整編模式保持一致，使整編工作更加便捷。

（5）數(shù)據(jù)輸出。“整編系統(tǒng)5.0”與遙測數(shù)據(jù)格式尚未統(tǒng)一，需人工進行轉(zhuǎn)換，“在線整編系統(tǒng)”可根據(jù)數(shù)據(jù)格式要求，對審查、復(fù)審后的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換，輸出“整編系統(tǒng)5.0”所需的各類數(shù)據(jù)。

（6）各級聯(lián)動運行管理維護。建立整編、審查、復(fù)審人員專家?guī)?，分配工作?quán)限，實現(xiàn)水文遙測數(shù)據(jù)、整編成果及整編系統(tǒng)的各級聯(lián)動運行管理。

5 杭州市“在線整編系統(tǒng)”應(yīng)用實踐

（1）雨量。錄入人工觀測降雨量，實現(xiàn)遙測主、副模塊與人工雨量數(shù)據(jù)對比，形成對照圖（見圖1）或?qū)φ毡恚瑱z查雨量遙測數(shù)據(jù)錯誤、缺失情況，可根據(jù)備用數(shù)據(jù)進行批量插補、替換，確保數(shù)據(jù)正確完整，并導(dǎo)出適合“整編系統(tǒng)5.0”數(shù)據(jù)文件格式。

圖1 遙測、人工逐日雨量對照圖

（2）潮位。因潮位變化的特殊性，長期以來，部分潮位站點是通過自記水位計，記錄潮位變化過程，再由人工摘錄起潮時間、高潮時間、低潮位、高潮位等信息進行整編，該方法費時、費力，且容易產(chǎn)生錯誤?！霸诰€整編系統(tǒng)”利用遙測數(shù)據(jù)成圖，直觀展示潮位變化過程，并可在圖中進行潮位信息摘錄（見圖2），生成逐潮高、低潮位及逐時潮位數(shù)據(jù)；此外，系統(tǒng)能根據(jù)摘錄的潮位信息，形成高、低潮位變化圖（見圖3），用于上、下游各個潮位站點信息對照及數(shù)據(jù)審查。

圖2 逐潮高、低潮位摘錄圖

圖3 高、低潮位變化圖

（3）流量。采用流速儀法進行流量測驗，流量成果仍需人工計算，“在線整編系統(tǒng)”可根據(jù)不同測流模式，進行斷面面積、流速、流量等成果計算（見圖4），實現(xiàn)單次流量測驗成果即時整編。另外，對于流量自動測驗的站點，系統(tǒng)還能實時接收測驗數(shù)據(jù)，展示水位 — 流量變化過程，自動完成相關(guān)整編工作。

圖4 流速儀法測深、測速及流量計算圖

（4）蒸發(fā)、含氯度、水溫。目前，杭州市蒸發(fā)、含氯度、水溫主要依靠人工觀測，即時整編的難點在于無法及時遞交原始人工觀測記載簿供整編和審查?！霸诰€整編系統(tǒng)”通過錄入人工觀測數(shù)據(jù)，可實現(xiàn)蒸發(fā)量、含氯度、水溫資料的即時整編。另外，審查人員還能利用上傳的人工觀測記載簿，進行資料的審查、復(fù)審等工作。

6 結(jié) 語

開展水文資料整編改革，實行即時整編，對于水文事業(yè)的發(fā)展具有重要意義。不僅可以縮短資料整編時間，提高工作效率，還能節(jié)約大量人力、物力、財力，為適應(yīng)新時期水文服務(wù)的需要，拓展水文服務(wù)領(lǐng)域，實現(xiàn)智慧水文提供支撐。

水文資料整編技術(shù)發(fā)展與我國水文事業(yè)發(fā)展緊密相聯(lián)，隨著社會對水文信息服務(wù)能力的要求提高，在未來發(fā)展中，水利部門一是加強水文自動測驗設(shè)備的研究，確保測驗數(shù)據(jù)完整、可靠；二是加強整編軟件的研發(fā)，實時對接遙測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)自動整編；三是建立全國統(tǒng)一的水文信息共享服務(wù)平臺，完善歷史水文數(shù)據(jù)庫，確保水文信息的延續(xù)、正確、完整。