水文資料在線整編在水文巡測(cè)站的應(yīng)用

摘要：為解決水文測(cè)驗(yàn)資料整編成果時(shí)效性滯后等問題，介紹了云南省水文資料在線整編系統(tǒng)的構(gòu)架、主要功能及實(shí)際應(yīng)用。該系統(tǒng)運(yùn)用實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)模塊、遙測(cè)數(shù)據(jù)及人工測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)填報(bào)處理模塊、數(shù)據(jù)校審模塊、流量（斷沙）處理模塊及資料整編模塊，實(shí)現(xiàn)了測(cè)站水文資料實(shí)時(shí)在線整編、審查。通過干海子水文巡測(cè)站la多的實(shí)際應(yīng)用，系統(tǒng)各個(gè)功能模塊運(yùn)行正常、穩(wěn)定，各監(jiān)測(cè)要素整編成果精度達(dá)到規(guī)范要求。論文研究成果可為其他測(cè)站開展在線整編工作提供參考。

關(guān)鍵詞：水文資料;在線整編;互聯(lián)網(wǎng)+;時(shí)清日結(jié);干海子水文巡測(cè)站;云南省

中圖法分類號(hào)：P337

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j .cnki.slsdkb.2020.08.003

1 研究背景

多年來，水文測(cè)驗(yàn)整編成果經(jīng)逐級(jí)審查、驗(yàn)收后，當(dāng)年的整編成果在次年5月才能刊印提供使用，其成果時(shí)效性滯后，不適應(yīng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)其成果即時(shí)性使用的需求。為解決水文測(cè)驗(yàn)資料整編成果時(shí)效性滯后等問題，云南省水文水資源局于2018年組織研發(fā)了云南省水文資料在線整編系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“系統(tǒng)”），應(yīng)用“互聯(lián)網(wǎng)+”思維實(shí)現(xiàn)靜態(tài)水文資料整編向動(dòng)態(tài)水文資料整編轉(zhuǎn)變，精準(zhǔn)落實(shí)“四隨”工作，抑制監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)源頭誤差產(chǎn)生，確保資料數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，使測(cè)站資料整編工作及資料審查工作達(dá)到時(shí)清日結(jié)、省時(shí)高效[1-4]。為驗(yàn)證該系統(tǒng)整編成果質(zhì)量，本文以干海子水文巡測(cè)站為例，分析該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況，對(duì)降雨量、水位、流量各監(jiān)測(cè)要素的在線整編成果精度進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及功能

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

該系統(tǒng)由在線整編實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、遙測(cè)數(shù)據(jù)及人工測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)填報(bào)處理、數(shù)據(jù)校審、流量（斷沙）處理及資料整編5個(gè)模塊組成;系統(tǒng)架構(gòu)見圖1[5-6]。

2.2 系統(tǒng)功能

2.2.1 在線整編實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)

水文資料在線整編能實(shí)現(xiàn)整編成果、人工測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)填報(bào)時(shí)間、水文特征值及數(shù)據(jù)校審攔截等實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)功能。

2.2.2 遙測(cè)數(shù)據(jù)及人工測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)填報(bào)處理

遙測(cè)數(shù)據(jù)由系統(tǒng)自動(dòng)處理后錄入過渡數(shù)據(jù)庫(kù);對(duì)人工測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)在線填報(bào)、校驗(yàn)、計(jì)算等，將所得到的測(cè)驗(yàn)成果數(shù)據(jù)入庫(kù)到過渡數(shù)據(jù)庫(kù)。

（1）數(shù)據(jù)填報(bào)。按系統(tǒng)界面給定的數(shù)據(jù)格式，填報(bào)人工測(cè)驗(yàn)獲取的水準(zhǔn)測(cè)量、水位、流量、輸沙率、水溫、岸溫、降雨量、蒸發(fā)量及氣溫等資料數(shù)據(jù)。

（2）數(shù)據(jù)校驗(yàn)。對(duì)不同測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容設(shè)置相應(yīng)的邊界條件及參數(shù)并校驗(yàn)，對(duì)不滿足條件的數(shù)據(jù)要進(jìn)行完善修改和自動(dòng)訂正等，直到數(shù)據(jù)正確。

（3）數(shù)據(jù)計(jì)算與入庫(kù)。根據(jù)不同內(nèi)容及相應(yīng)需求，采用對(duì)應(yīng)的計(jì)算公式處理，得到的測(cè)驗(yàn)成果數(shù)據(jù)直接入庫(kù)到該系統(tǒng)過渡數(shù)據(jù)庫(kù)，參加水文資料實(shí)時(shí)在線整編[7]。

2.2.3 數(shù)據(jù)校審

按相應(yīng)站點(diǎn)的攔截條件值，對(duì)人工測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)及遙測(cè)儀器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)即過渡數(shù)據(jù)庫(kù)中的異常值進(jìn)行攔截警示，繪制水位、流量、單沙、水溫、岸溫、降雨量、蒸發(fā)量、氣溫等過程線且并列顯示多站同步時(shí)段統(tǒng)計(jì)值（當(dāng)顯示過程線時(shí)，能靈活對(duì)單站或多站切換），找出異常值原因，由人工確認(rèn)修正，完成數(shù)據(jù)校審。經(jīng)校審后的數(shù)據(jù)直接入庫(kù)到原始數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2.4 流量（斷沙）處理

確定上年度擬合推流參照趨勢(shì)線及本年首條推流曲線，對(duì)照新舊繪制曲線趨勢(shì)，按定線精度指標(biāo)，對(duì)實(shí)測(cè)水位流量（單沙斷沙）點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線擬合及繪制曲線，以推流時(shí)段及相應(yīng)區(qū)間極值控制完成“一線一表”（每個(gè)推流時(shí)段獨(dú)立使用一條推流曲線，一條推流曲線獨(dú)立對(duì)應(yīng)一張表）制作且進(jìn)行實(shí)時(shí)推流（沙），得到實(shí)時(shí)完整的時(shí)間、水位、流量及時(shí)間、斷沙系列成果資料。推流（沙）關(guān)系曲線圖及對(duì)應(yīng)流量（斷沙）成果表分別存放于水位流量關(guān)系圖結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)及單沙斷沙關(guān)系圖結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)。系列成果資料數(shù)據(jù)直接入庫(kù)到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于解決實(shí)時(shí)報(bào)汛問題。

2.2.5 資料整編

該系統(tǒng)實(shí)時(shí)自動(dòng)完成各項(xiàng)目資料整編，資料整編后形成符合SL247-2012《水文資料整編規(guī)范》及SIA60-2009《水文年鑒匯編刊印規(guī)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(tǒng)應(yīng)用

以干海子水文巡測(cè)站為例，闡述該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況。

3.1 應(yīng)用站概況

干海子水文巡測(cè)站位于云南省昆明市官渡區(qū)阿拉鄉(xiāng)干海子村，地處東經(jīng)102°50' 44.2”、北緯25°00' 48.0”，始建于1980年6月，是長(zhǎng)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(guó)家基本水文站、省級(jí)報(bào)汛站、區(qū)域代表站、三類精度站、巡測(cè)站，設(shè)降雨、水位及流量等監(jiān)測(cè)項(xiàng)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(hù)、區(qū)域水資源管理及防汛抗旱等服務(wù)。

3.2 實(shí)際應(yīng)用情況

該系統(tǒng)于2018年8月正式應(yīng)用于干海子水文巡測(cè)站，各監(jiān)測(cè)要素具體應(yīng)用情況如下。

3.2.1 降雨應(yīng)用情況

干海子水文巡測(cè)站降雨要素采用JD205型翻斗式遙測(cè)雨量自記系統(tǒng)，其遙測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS通訊系統(tǒng)直接傳人該系統(tǒng)過渡數(shù)據(jù)庫(kù)，由人工對(duì)異常值修正、校審，時(shí)段缺失的降雨數(shù)據(jù)可選擇周圍降雨站點(diǎn)作為參照站點(diǎn)系統(tǒng)自動(dòng)查補(bǔ)后，進(jìn)入原始數(shù)據(jù)庫(kù)，再經(jīng)該系統(tǒng)合理性檢查后進(jìn)人監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)時(shí)自動(dòng)整編，輸出降雨要素相關(guān)整編成果資料電子書[14]。經(jīng)1a多的運(yùn)行，該系統(tǒng)相應(yīng)模塊及功能運(yùn)行正常穩(wěn)定。

3.2.2 水位應(yīng)用情況

干海子水文巡測(cè)站水位要素采用WFH-2A型全量程機(jī)械編碼浮子式水位遙測(cè)自記系統(tǒng)，輔以搪瓷式水尺人工校測(cè)，其遙測(cè)數(shù)據(jù)經(jīng)GPRS通訊系統(tǒng)直接傳人該系統(tǒng)過渡數(shù)據(jù)庫(kù)，由人工對(duì)異常值修正、校審后，入庫(kù)到原始數(shù)據(jù)庫(kù)，再經(jīng)該系統(tǒng)合理性檢查后進(jìn)人監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)實(shí)時(shí)自動(dòng)整編，輸出水位要素相關(guān)整編成果資料電子書[15]。經(jīng)1a多的運(yùn)行，該系統(tǒng)相應(yīng)模塊及功能運(yùn)行正常穩(wěn)定。

3.2.3 流量應(yīng)用情況

干海子水文巡測(cè)站流量要素采用人工測(cè)驗(yàn)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(jìn)行施測(cè)[16-17]。對(duì)人工施測(cè)的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)成果計(jì)算，并生成流量記載表和實(shí)測(cè)流量成果表。系統(tǒng)根據(jù)實(shí)測(cè)流量成果表的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)水位流量關(guān)系自動(dòng)定線，若實(shí)測(cè)流量點(diǎn)出現(xiàn)突變，即刻施測(cè)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(cè)點(diǎn)一致，就繼續(xù)施測(cè)1次流量，這次流量和前2次流量一致，說明突變屬實(shí)，則重新依據(jù)3個(gè)實(shí)測(cè)點(diǎn)繪制新推流曲線;從確立新的推流曲線時(shí)刻起在該曲線推流，否則，仍維持原推流曲線;若測(cè)點(diǎn)不出現(xiàn)突變，與上次相近，且連續(xù)3個(gè)測(cè)次點(diǎn)呈現(xiàn)明顯系統(tǒng)偏離，則說明該系列已不屬原推流曲線系列，即需進(jìn)行重新定線推流[18]。如此經(jīng)流量處理環(huán)節(jié)后人監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)，經(jīng)實(shí)時(shí)自動(dòng)整編，輸出流量要素相關(guān)整編成果資料電子書。經(jīng)1a多的運(yùn)行，該系統(tǒng)相應(yīng)模塊及功能運(yùn)行正常穩(wěn)定。

3.3 應(yīng)用站成果精度分析

采用干海子水文站2019年1-12月的實(shí)測(cè)水文資料，假定傳統(tǒng)整編方法（南方片整編軟件2.0）輸出的降雨、水位、流量各項(xiàng)整編成果為真值，與該系統(tǒng)在線整編輸出的各項(xiàng)成果對(duì)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(jìn)行對(duì)比分析，以月值為例，降雨整編成果對(duì)比分析見表1。

經(jīng)對(duì)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(tǒng)在線整編的降雨資料成果精度和質(zhì)量均滿足相關(guān)規(guī)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(jìn)行對(duì)比分析，以月值為例，見表2。

經(jīng)對(duì)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(duì)照、干海子站各月特征值水位對(duì)照來看，該系統(tǒng)在線整編成果的日、月、年平均水位和水位極值均與傳統(tǒng)整編方法的成果完全一致，表明該系統(tǒng)在線整編的水位資料成果精度和質(zhì)量均滿足相關(guān)規(guī)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(cè)流量48次（其中走航式ADCP施測(cè)14次，流速儀施測(cè)34次），主要從以下幾方面對(duì)傳統(tǒng)整編方法和系統(tǒng)在線整編方法獲得的成果進(jìn)行對(duì)比分析。

（1）整編成果小數(shù)位取舍對(duì)比分析。水文資料要素取用精度來源于儀器測(cè)量精度和科學(xué)計(jì)數(shù)法進(jìn)行規(guī)范記錄，科學(xué)計(jì)數(shù)法目的是標(biāo)記或運(yùn)算某個(gè)較大或較小且位數(shù)較多的數(shù)據(jù)時(shí)，避免浪費(fèi)空間和時(shí)間。基于此，該系統(tǒng)對(duì)部分要素的取用精度做了一定調(diào)整（見表3）。

（2）日平均流量對(duì)比分析。由系統(tǒng)在線整編計(jì)算的日平均流量成果與傳統(tǒng)法成果對(duì)比（數(shù)據(jù)表略）可知，日平均流量絕對(duì)誤差在-0.092-0.080 m3/s之間，相對(duì)誤差在-5 .424% -4.571%之間。按傳統(tǒng)法計(jì)算，小數(shù)有效位數(shù)按原規(guī)范取舍，而該系統(tǒng)在線整編計(jì)算小數(shù)位統(tǒng)一保留至0.001m3/s，在線法計(jì)算結(jié)果更為精確。

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

（4）流量特征值成果對(duì)比分析。兩種方法整編的流量月特征值對(duì)比結(jié)果見表5。

由表5可見，兩種方法整編的流量月特征值絕對(duì)誤差在-0.086-0.029 m3/s之間，相對(duì)誤差在-0.323% -2.710%之間;月特征值出現(xiàn)日期除9月最小流量因小數(shù)位取舍原因?qū)е虏灰恢峦?，其余完全相同?/p>

（5）綜合評(píng)價(jià)。從分析結(jié)果可見，不論是在線整編方法還是傳統(tǒng)整編方法，該系統(tǒng)流量整編成果均達(dá)到規(guī)范要求。從干海子站日平均流量誤差、年月徑流量、特征值對(duì)比分析來看，干海子水文站2019年度水文資料在線整編系統(tǒng)計(jì)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(tǒng)整編方法計(jì)算出的成果誤差均在規(guī)范規(guī)定范圍內(nèi)，表明該系統(tǒng)在線整編的流量資料成果精度和質(zhì)量均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

4 結(jié)論

（1）水文資料在線整編系統(tǒng)基于“互聯(lián)網(wǎng)+”思維，通過在線整編實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)等5個(gè)功能模塊，實(shí)現(xiàn)了水文測(cè)站實(shí)測(cè)資料在線整編，使水文資料整編、審查工作及時(shí)完成，達(dá)到時(shí)清日結(jié)、省時(shí)高效。

（2）該系統(tǒng)經(jīng)干海子水文巡測(cè)站應(yīng)用1a多以來，各監(jiān)測(cè)要素功能模塊運(yùn)行正常穩(wěn)定。

（3）經(jīng)對(duì)比分析，傳統(tǒng)法與該系統(tǒng)在線法整編的干海子水文巡測(cè)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(tǒng)在線整編的降雨、水位資料成果精度和質(zhì)量均滿足相關(guān)規(guī)范要求。

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

（5）為更加全面評(píng)價(jià)該系統(tǒng)在水文測(cè)站的實(shí)際應(yīng)用情況，可選擇監(jiān)測(cè)要素更全的水文駐測(cè)站作進(jìn)一步分析研究。

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（編輯：唐湘茜）

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