水文自動(dòng)監(jiān)測(cè)站數(shù)據(jù)管理方法探討

李拴良

（陜西省商洛水文水資源勘測(cè)局，陜西 商洛 726000）

1 自動(dòng)站站網(wǎng)概況

陜西省商洛水文水資源勘測(cè)局已建成自動(dòng)監(jiān)測(cè)站365處。其中自動(dòng)雨量站365處，移動(dòng)通訊雨量站360處（其中：?jiǎn)渭冇炅空?20處，基本水文站10處，防汛水位站14處，防汛水文站16處），衛(wèi)星通訊雨量站5處；自動(dòng)水位站40處（其中：基本水文站10處，汛期水位站14處，防汛水文站16處）；防汛水文站16處（合肥三立建設(shè)5處，北京凱利特恩建設(shè)11處）；自動(dòng)墑情站3處；自動(dòng)蒸發(fā)站1處。

常年報(bào)送水雨情信息的69站，其中雨量站58站，水文（位）站11站；汛期報(bào)送水雨情信息的288站（其中雨量站260處，防汛水文站16處，防汛水位站12處）。

2 自動(dòng)站數(shù)據(jù)情況

已建成的365處自動(dòng)監(jiān)測(cè)站。365處自動(dòng)雨量站數(shù)據(jù)，可實(shí)時(shí)降雨量資料，通過(guò)這些實(shí)時(shí)降雨量資料可求出流域平均降雨量；前期影響雨量；行政區(qū)域統(tǒng)計(jì)雨量等。可進(jìn)行自動(dòng)站降雨空間分布狀況分析，進(jìn)行雨洪關(guān)系分析，對(duì)未來(lái)水情變化的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，檢查自動(dòng)雨量站運(yùn)行狀況的分析，提出故障站恢復(fù)方法。

40處自動(dòng)水位站數(shù)據(jù)。10處基本水文站數(shù)據(jù)，可獲得24段制水位，變幅3 cm加報(bào)的水位變化過(guò)程；用報(bào)汛曲線查詢的流量變化過(guò)程（可用實(shí)測(cè)流量測(cè)點(diǎn)控制報(bào)汛曲線的誤差情況，一旦超過(guò)誤差范圍，立即修訂報(bào)汛曲線），實(shí)測(cè)流量過(guò)程；14處防汛水位站數(shù)據(jù)，可獲得24段制水位，變幅3 cm加報(bào)的水位變化過(guò)程；用報(bào)汛曲線查詢的流量變化過(guò)程（可用上下游站、相鄰站的流量對(duì)比，一旦發(fā)現(xiàn)超過(guò)誤差范圍，立即修訂報(bào)汛曲線或用實(shí)測(cè)水位進(jìn)行校準(zhǔn)）；16處防汛水文站數(shù)據(jù)，可獲得24段制水位，變幅3 cm加報(bào)的水位變化過(guò)程；實(shí)測(cè)流量變化過(guò)程（合肥三立建設(shè)5處流量信息基本正常，北京凱利特恩建設(shè)11處流量信息還在完善中，暫時(shí)不能查看使用）；3處自動(dòng)墑情站數(shù)據(jù)在完善中；1處自動(dòng)蒸發(fā)站數(shù)據(jù)，由于通訊問(wèn)題，還不能傳遞。

3 自動(dòng)站數(shù)據(jù)管理目標(biāo)

自動(dòng)站建設(shè)已基本完成，獲得段制齊全，真實(shí)可靠，客觀的數(shù)據(jù)，就是我們的目標(biāo)。在自動(dòng)站運(yùn)行期間，發(fā)現(xiàn)了許多問(wèn)題，如：數(shù)據(jù)冒大值的問(wèn)題、系統(tǒng)性偏離的問(wèn)題、跳變的問(wèn)題、超出有效范圍的問(wèn)題等。就需要系統(tǒng)的解決方法，以便在實(shí)際工作中得以應(yīng)用，解決實(shí)際問(wèn)題。有的經(jīng)分析屬于儀器設(shè)備故障，向設(shè)備科或測(cè)站提出維護(hù)維修建議，早日排除故障，恢復(fù)設(shè)備的功能，正常采集傳輸水文信息。

4 自動(dòng)站數(shù)據(jù)管理方法

自動(dòng)站數(shù)據(jù)是水情報(bào)汛，水資源管理，資料整編的基礎(chǔ)資料，是水文工作成績(jī)的具體體現(xiàn)。需保障數(shù)據(jù)源的唯一性，水情中心數(shù)據(jù)庫(kù)是自動(dòng)站數(shù)據(jù)的唯一數(shù)據(jù)源，其它地方的自動(dòng)站數(shù)據(jù)必須是由中心數(shù)據(jù)庫(kù)傳遞過(guò)去的，須和中心數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)保持一致。

自動(dòng)站數(shù)據(jù)管理主要在艾利泰爾接收平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)的，本文主要闡述艾利泰爾平臺(tái)，部分方法用到數(shù)據(jù)查詢平臺(tái)。

由于自動(dòng)站數(shù)據(jù)有不同類型，應(yīng)就不同類型的數(shù)據(jù)、不同的問(wèn)題，采用不同方法解決。

4.1 設(shè)置適當(dāng)?shù)臄r截值

4.1.1 水位數(shù)據(jù)攔截值

在生產(chǎn)實(shí)踐中，水位數(shù)據(jù)只能在河道最高水位和河道最低水位之間變化，超過(guò)這個(gè)范圍的數(shù)據(jù)，判定為偽數(shù)據(jù)，應(yīng)攔截。在艾利泰爾接收平臺(tái)上設(shè)置最高水位的閾值窗口和最低水位的閾值窗口，把歷年最高水位+0.5 m作為最高水位的閾值，把歷年最低水位-0.5 m作為最低水位的閾值，設(shè)置到攔截窗口，超過(guò)這個(gè)范圍的水位，將會(huì)被攔截，不會(huì)進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。對(duì)于新設(shè)站，應(yīng)用橫斷面最高點(diǎn)高程+0.5 m作為最高水位，用橫斷面最低點(diǎn)高程-0.5 m作為最低水位，設(shè)置攔截值。攔截值設(shè)置后，系統(tǒng)一旦有攔截值出現(xiàn)就會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并將攔截下來(lái)的數(shù)據(jù)寫入中間數(shù)據(jù)庫(kù)，值班人員根據(jù)報(bào)警提示及時(shí)將誤攔數(shù)據(jù)寫入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，并將偽數(shù)據(jù)剔除，這樣，基本就可以消除水位冒大值的現(xiàn)象。

以靈口站為例，歷年最高水位為101.38 m，最低水位為95.47 m，最高水位的閾值窗口和最低水位的閾值窗口的設(shè)置值分別為101.88 m，94.97 m，這樣就可實(shí)現(xiàn)對(duì)冒大值的攔截。沒(méi)設(shè)攔截值以前，水位出現(xiàn)了67.84 m的奇異值，通過(guò)攔截值得以過(guò)濾。如圖1。

圖1 沒(méi)設(shè)攔截值以前數(shù)據(jù)示意圖

圖2 設(shè)置攔截值后數(shù)據(jù)示意圖

4.1.2 流量數(shù)據(jù)攔截值

流量數(shù)據(jù)分為基本水文站、水位站和自動(dòng)水文站兩種情況。基本水文站、水位站的流量數(shù)據(jù)主要以報(bào)汛曲線查詢而來(lái)或?qū)崪y(cè)報(bào)汛而來(lái)，因此，控制其數(shù)據(jù)的主要途徑是報(bào)汛曲線。

以過(guò)風(fēng)樓站為例，5月13日6時(shí)10分過(guò)風(fēng)樓站流量4660 m3/s，超過(guò)報(bào)汛曲線的推求范圍，是冒大值數(shù)據(jù),如圖3。

圖3 5月13日過(guò)鳳樓水位流量過(guò)程數(shù)據(jù)示意圖

流量以歷史最大流量為高閾值，河床基流為低閾值，采取和水位數(shù)據(jù)同樣的處理方式，由值班人員根據(jù)報(bào)警提示人工判斷處理。

當(dāng)遇洪水過(guò)程為繩套曲線時(shí)，按兩條線使用，根據(jù)實(shí)際情況不同時(shí)段啟用不同的報(bào)汛曲線。再根據(jù)實(shí)際水位流量數(shù)據(jù)判斷其變化是否在合理范圍內(nèi)，若在合理范圍內(nèi)為有效數(shù)據(jù)；不在合理范圍內(nèi)為冒大值數(shù)據(jù)，予以攔截。

4.1.3 降雨量數(shù)據(jù)攔截值

在生產(chǎn)實(shí)踐中，每小時(shí)降雨超過(guò)80 mm的降雨量很少見，幾乎沒(méi)有。艾利泰爾接收平臺(tái)上設(shè)置每小時(shí)降雨量的閾值窗口，把80 mm作為1小時(shí)降雨量的閾值，超過(guò)80 mm的降雨量，將會(huì)被攔截，不會(huì)進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。這樣，基本就可以消除絕大數(shù)的降雨量冒大值的現(xiàn)象。軟件設(shè)置情況見圖4。

圖4 降雨量閾值設(shè)置示意圖

4.2 平時(shí)檢查更正

4.2.1 水位數(shù)據(jù)平時(shí)檢查更正

1）水位數(shù)據(jù)檢查。

2）檢查每日8時(shí)水位有無(wú)。

3）檢查整小時(shí)（24段）水位有無(wú)。

4）檢查水位變幅3 cm加報(bào)有無(wú)。

以上三條若無(wú)，應(yīng)判斷為系統(tǒng)硬件或軟件故障，應(yīng)聯(lián)系技術(shù)支撐單位解決，或聯(lián)系設(shè)備科、測(cè)站重置系統(tǒng)。

5）檢查水位數(shù)據(jù)變化是否正常。水位數(shù)據(jù)一直不變；水位數(shù)據(jù)頻繁變化且無(wú)規(guī)律（水位跳變）。應(yīng)判斷為儀器參數(shù)設(shè)置有問(wèn)題，聯(lián)系設(shè)備科、測(cè)站重新設(shè)置。

6）檢查水位數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)水位差值。當(dāng)差值大于3 cm時(shí)應(yīng)立即用實(shí)測(cè)水位更正自動(dòng)站水位數(shù)據(jù)，在艾利泰爾平臺(tái)修改水位基準(zhǔn)值。

7）用流量進(jìn)行上下游、相鄰站對(duì)照檢查，發(fā)現(xiàn)有矛盾時(shí)，及時(shí)聯(lián)系相關(guān)測(cè)站，立即實(shí)測(cè)水位，查出問(wèn)題。需要更正水位時(shí)，及時(shí)用實(shí)測(cè)水位更正自動(dòng)站水位數(shù)據(jù)。

4.2.2 流量數(shù)據(jù)平時(shí)檢查更正

流量數(shù)據(jù)分為基本水文站、水位站和自動(dòng)水文站三種情況。

（1）基本水文站流量數(shù)據(jù)平時(shí)檢查更正

檢查流量數(shù)據(jù)變化是否正常，有無(wú)零值出現(xiàn)，變化與水位變化是否一致。如果有問(wèn)題就是報(bào)汛曲線沒(méi)有推到最低水位，報(bào)汛曲線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)有誤等，應(yīng)及時(shí)修訂報(bào)汛曲線。

通過(guò)繪制水位流量關(guān)系，可查出實(shí)測(cè)流量與報(bào)汛曲線的誤差。若超過(guò)誤差范圍應(yīng)及時(shí)修訂報(bào)汛曲線，消除誤差。

通過(guò)上下游、相鄰站對(duì)照檢查流量的合理性，對(duì)出現(xiàn)矛盾的數(shù)據(jù)及時(shí)檢查相關(guān)站的測(cè)驗(yàn)、報(bào)汛情況，找出問(wèn)題原因，消除矛盾。

（2）水位站流量數(shù)據(jù)平時(shí)檢查更正

水位站的流量數(shù)據(jù)主要是報(bào)汛曲線查詢而來(lái)的，檢查內(nèi)容比基本水文站少，基本相似。

①檢查流量數(shù)據(jù)變化是否正常，有無(wú)零值出現(xiàn)，變化與水位變化是否一致。如果有問(wèn)題就是報(bào)汛曲線沒(méi)有推到最低水位，報(bào)汛曲線節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)有誤等，并及時(shí)修訂報(bào)汛曲線。

②通過(guò)上下游、相鄰站對(duì)照檢查流量的合理性，對(duì)出現(xiàn)矛盾的數(shù)據(jù)及時(shí)檢查相關(guān)站的報(bào)汛曲線，是否需要修訂，需修訂時(shí)及時(shí)修訂。

（3）自動(dòng)水文站流量數(shù)據(jù)平時(shí)檢查更正

自動(dòng)水文站的流量數(shù)據(jù)是各施工單位根據(jù)雷達(dá)測(cè)速儀測(cè)速自己計(jì)算而來(lái)，檢查從流量入手，更正要從斷面和流速兩個(gè)方面實(shí)現(xiàn)。

①檢查流量數(shù)據(jù)變化是否正常，有無(wú)零值出現(xiàn)，變化與水位變化是否一致。如果有問(wèn)題流速是否過(guò)小，超過(guò)雷達(dá)測(cè)速儀的測(cè)量范圍；斷面是否已變化，并及時(shí)更新測(cè)量斷面數(shù)據(jù)。

②通過(guò)上下游、相鄰站對(duì)照檢查流量的合理性，對(duì)出現(xiàn)矛盾的數(shù)據(jù)及時(shí)檢查相關(guān)站的測(cè)驗(yàn)情況，找出問(wèn)題原因，消除矛盾。

4.2.3 降雨量數(shù)據(jù)平時(shí)檢查更正

在生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)過(guò)攔截，大部分奇異值不會(huì)進(jìn)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。但還有一部分小于80 mm/h的數(shù)據(jù)還是會(huì)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫(kù)，只能通過(guò)平時(shí)檢查，修改來(lái)消除奇異值。

1）檢查雨量站與相鄰站對(duì)比，看日雨量值是否有差異。有時(shí)及時(shí)查明原因，更正數(shù)據(jù)。

如9月9日～13日盈豐雨量站無(wú)監(jiān)測(cè)雨量數(shù)據(jù)，經(jīng)與相鄰站對(duì)照該站應(yīng)該有降雨，由此判斷該站儀器設(shè)備工作不正常，及時(shí)通知設(shè)備科進(jìn)行維護(hù),見圖5。

圖5 盈豐雨量站雨量值異常數(shù)據(jù)示意圖

2）檢查雨量站與相鄰站對(duì)比，看時(shí)段雨量值及降雨時(shí)段是否有差異，若有，及時(shí)查明原因，更正數(shù)據(jù)。

3）與有疑問(wèn)站的看護(hù)人取得聯(lián)系，查問(wèn)實(shí)際降雨情況，以確定降雨數(shù)據(jù)真實(shí)可靠性。當(dāng)日雨量數(shù)據(jù)與臨站有較大差異時(shí)，可電話詢問(wèn)看護(hù)人，讓他對(duì)比以前已發(fā)生的降雨與這次降雨的大小，以判定雨量值的準(zhǔn)確性。

如保安雨量站7月28日雨量74.8 mm經(jīng)與相鄰站對(duì)照有偏大嫌疑，及時(shí)電話詢問(wèn)看護(hù)人核實(shí)后，最終認(rèn)定保安28日雨量74.8 mm為正確值，見圖6。

圖6 保安雨量站雨量值數(shù)據(jù)核實(shí)示意圖

4）通過(guò)防汛部門，與有疑問(wèn)站的附近鄉(xiāng)鎮(zhèn)干部取得聯(lián)系，查問(wèn)實(shí)際降雨情況，以確定降雨數(shù)據(jù)真實(shí)可靠性。

如白魯?shù)A雨量站6月5日雨量119.4 mm，經(jīng)與相鄰站對(duì)照有偏大嫌疑，及時(shí)與看護(hù)人核實(shí)并與縣防汛辦核實(shí)，對(duì)照鄉(xiāng)鎮(zhèn)的災(zāi)情報(bào)告，最終認(rèn)定白魯?shù)A5日雨量119.4 mm為真實(shí)數(shù)據(jù),見圖 7。

圖7 白魯?shù)A雨量站雨量值數(shù)據(jù)核實(shí)示意圖

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)采取一系列檢查更正措施，基本可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)站數(shù)據(jù)奇異值消除，段制齊全，數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確、可靠，達(dá)到防汛、水資源管理和資料整編等的要求。目前，我局自動(dòng)站站網(wǎng)建設(shè)已經(jīng)達(dá)到了一定的規(guī)模，但在自動(dòng)站數(shù)據(jù)的管理使用上面，才剛剛起步。通過(guò)對(duì)自動(dòng)站數(shù)據(jù)的分析研究，不斷充實(shí)檢查問(wèn)題、消除錯(cuò)誤的方法。與其它部門緊密配合，共同承擔(dān)起自動(dòng)站數(shù)據(jù)管理的任務(wù)。