遙測降水量資料常見問題分析及整編方法探討

石牡麗

(陜西省水文水資源勘測中心，陜西 西安 721000)

隨著水文自動化，信息化程度的不斷提高，大量遙測雨量計已投入使用于各水文測站及中小河流建設(shè)項目的站點，為了能更準(zhǔn)確、更合理、更高效的使遙測雨量資料服務(wù)于水文預(yù)警預(yù)報、水文水利計算、工程設(shè)計和水資源評價工作中，遙測雨量資料整編方法值得分析和探討。

1 資料的采集、傳輸及提取

遙測雨量是接收平臺對遙測設(shè)備發(fā)送固態(tài)提取命令，提取對應(yīng)時間范圍內(nèi)的固定分鐘數(shù)據(jù)。設(shè)備接收到命令后，RTU從存儲卡中讀取到相關(guān)的數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)固態(tài)提取數(shù)據(jù)上報格式將數(shù)據(jù)一次或多次上報到遙測接收平臺。遙測接收平臺接收到固態(tài)提取格式報文，解析，入對應(yīng)數(shù)據(jù)庫表。在資料整編的時候，程序?qū)?yīng)數(shù)據(jù)按照整編格式導(dǎo)出。

數(shù)據(jù)傳輸就是上下行命令的下發(fā)，一般我們會將需要提取的時間段信息先保存到數(shù)據(jù)庫中，記錄下來。在設(shè)備下次上報數(shù)據(jù)的時候，程序檢查是否要下發(fā)命令。對應(yīng)命令類型。如：固態(tài)提取，校時等。對應(yīng)命令下發(fā)，設(shè)備接收到，就會自行對應(yīng)操作。傳輸?shù)拿钜锤鱾€廠家的設(shè)備通信協(xié)議，新設(shè)備都要求用水文標(biāo)準(zhǔn)通信規(guī)約了。

數(shù)據(jù)采集可以由人設(shè)置，可以在程序上配置下發(fā)命令。在設(shè)備和服務(wù)器通信的時候，服務(wù)程序檢查是否有需要下發(fā)的命令。檢索數(shù)據(jù)庫對應(yīng)表和測站編碼，將對應(yīng)命令下發(fā)。老的設(shè)備是以前各個廠家的自己的通信規(guī)約，數(shù)據(jù)采集時如果系統(tǒng)不支持，需要從設(shè)備上拿下存儲卡，拷貝至艾麗泰爾公司進(jìn)行處理。

2 常見問題分析

2.1 無降水量或降水量為零

有時數(shù)據(jù)會出現(xiàn)無降水或降水量為零的現(xiàn)象。造成這種現(xiàn)象主要原因有以下幾種:一是雨量筒的網(wǎng)罩或漏斗堵死，通常發(fā)生在灰塵大的觀測場所或者遙測雨量計上空有遮擋及下雨天把遙測雨量計搬回室內(nèi)等；二是線路短路或開路，接頭接觸不良，一般是由于環(huán)境潮濕形成氧化膜隔層造成；三是干簧管失效，發(fā)生在干簧管不能接觸或不能斷開時；四是磁鋼失效，導(dǎo)致干簧管開關(guān)失效；五是電池失效，發(fā)生在連續(xù)降雨天氣和電池電壓過低或耗盡等情況下或者信號中斷等，基于上述原因，該時段降水缺測，所以現(xiàn)場無存儲數(shù)據(jù)。

2.2 降水量數(shù)據(jù)誤差大

遙測降水量與人工相比會出現(xiàn)偏大或偏小的現(xiàn)象。雨量桶不平會出現(xiàn)數(shù)據(jù)偏小的現(xiàn)象；干簧管吸合不正?？赡茉斐山邓繑?shù)據(jù)偏大或偏小；過濾網(wǎng)堵塞會出現(xiàn)數(shù)據(jù)均勻化，不能反映真實降水強(qiáng)度。人工注水試驗忘記刪除數(shù)據(jù)也會造成數(shù)據(jù)偏大。

3 遙測降水資料整編

遙測降水資料整編就是把遙測平臺的遙測數(shù)據(jù)按科學(xué)的方法統(tǒng)一的格式進(jìn)行整理、分析、統(tǒng)計，提煉成為系統(tǒng)的整編成果的過程。主要內(nèi)容包括審核原始資料、整理數(shù)據(jù)、編制整編成果表、進(jìn)行合理性檢查、編寫整編說明書。

3.1 原始資料審核及處理

從遙測平臺下載原始數(shù)據(jù)后，要把原始資料進(jìn)行統(tǒng)一審核，主要審核是否缺測、有無極大值、極小值，有無和分辨率不匹配的值，有無均勻出現(xiàn)的數(shù)值，下面介紹出現(xiàn)以下情況時數(shù)據(jù)處理方法。

1)當(dāng)一個站同時有自記記錄和人工觀測記錄時，應(yīng)使用自記記錄。自記記錄有缺失、失真等問題的部分，可用人工觀測代替。自記記錄無法整理時，可全部使用人工觀測記錄，當(dāng)遙測資料或人工觀測有缺測之日，可根據(jù)地形、氣候條件相近的鄰近站降水時程分布情況，采用鄰站平均值法、比例法或等值線法進(jìn)行插補。

2)當(dāng)出現(xiàn)極大值、極小值時綜合分析原因并和人工及周邊雨量站對照，刪除極大值或極小值，通過借用或用人工雨量代替還原真實降水量。

3)當(dāng)出現(xiàn)和分辨率不匹配的值時，可能是儀器原因引起的需要人工處理，如分辨率0.2 mm出現(xiàn)0.1 mm、0.3 mm時，需要人工處理。

4)當(dāng)雨強(qiáng)相對較大，雨量一直均勻出現(xiàn)0.2或0.1值時可能是儀器漏斗堵塞出現(xiàn)滴漏現(xiàn)象，這種數(shù)據(jù)也需要綜合分析，人工處理。

3.2 數(shù)據(jù)整理

經(jīng)過審核后的數(shù)據(jù)可以通過資料整編程序把文本格式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為Excel格式復(fù)制到原始資料錄入界面，也可以把文本格式資料用整編程序固態(tài)處理功能直接導(dǎo)入錄入界面。并根據(jù)資料情況設(shè)置對應(yīng)的控制信息。

3.3 整編計算、編制整編成果表

數(shù)據(jù)錄入完畢、控制信息填寫好后用程序計算，并查看相應(yīng)的整編成果即逐日降水量表、降水量摘錄表、各時段最大降水量表(1)或表(2)。

3.4 合理性檢查

遙測降水資料整編的精髓在于合理性檢查。內(nèi)容包括單項成果表檢查包括逐日表、摘錄表、各時段最大降水量表(1)、表(2)檢查測，單站合理性檢查、綜合合理性檢查。

3.4.1 單項成果表檢查

1)逐日降水量表檢查

①主要檢查有無合并符號“！”，如有合并符號可能是數(shù)據(jù)和控制信息不符，需要檢查數(shù)據(jù)和控制信息，控制信息是對數(shù)據(jù)信息總的詮釋。

②少數(shù)日期降水量缺測(丟失)時，宜予插補，插補日量數(shù)值后應(yīng)加注插補符號，并在附注中說明插補方法及依據(jù)；不能插補的記“—”符號，全月缺測時，各日空白，并在附注中說明。

③全月未降水填“0”，一部分日期或時段雨量缺測，仍計算并填寫月總量，值應(yīng)加括號。全月缺測者記“—”符號。

2)降水量摘錄表檢查

降水量摘錄表主要從降水摘錄時段、是否記降水起止時分和降水強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)三大方面進(jìn)行檢查。

①規(guī)范規(guī)定降水量摘錄表根據(jù)測站降雨特性、資料觀測情況及社會需要，可選擇“汛期全摘”或“雨洪配套”方法進(jìn)行摘錄，摘錄段制可選擇24、8、4段制。就我省而言，長江流域、黃河流域5月～10月全摘。遙測資料按24段制摘錄，人工觀測資料按4段制摘錄。重點檢查汛期前后是否漏摘符合標(biāo)準(zhǔn)的降水量或與5月初10月底符合標(biāo)準(zhǔn)連續(xù)的降水量，也就是說4月和11月初也在查選范圍內(nèi)。11月初降水連續(xù)是否按四段制觀測記載。

②搞清是按記或不記起止時分。不記降水起止時分的只記降水的起止時段及降水量，有時可記相鄰段的合并時段及總量。月、日起止時間填寫時段開始的月、日和起止時間；時段小于1 h，記至?xí)r、分；時段大于等于1 h，記至?xí)r。

③按降水強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行摘錄檢查。

陜西水文勘測中心降水量補充規(guī)范規(guī)定，一次降水達(dá)到20 mm，且降水強(qiáng)度大于2.5 mm/h(指一次降水平均強(qiáng)度)或24小時降水量≥40 mm的降水過程；長江流域3日降水量達(dá)到50 mm的4段制及以上段制觀測。自記站全部用24段制摘錄，人工按觀測段制摘錄。兩段制觀測不摘錄。算遙測降水強(qiáng)度按數(shù)據(jù)實際發(fā)生的起止時段推算。主要檢查是否因為量小或時段不連續(xù)而漏摘。

3)各時段最大降水量表(1)、表(2)檢查

①各時段最大降水量表(1)宜根據(jù)自計儀器采集間隔1分鐘、5分鐘滑動進(jìn)行挑選。在全年自記記錄數(shù)據(jù)上連續(xù)滑動挑選。自記雨量計短時間發(fā)生故障，經(jīng)與鄰站對照分析插補修正的資料，可參加統(tǒng)計。

②各時段最大降水量表(2)，不能或不適合編制最大降水量表(1)的站，可編制最大降水量表(2)，均按觀測時段或摘錄時段滑動統(tǒng)計，當(dāng)有合并摘錄時段時按合并前資料滑動統(tǒng)計。按24段觀測摘錄的，各時段最大降水量均應(yīng)統(tǒng)計；按12段制觀測或摘錄的，宜統(tǒng)計2 h、6 h、12 h、24 h最大降水量、按8段觀測或摘錄的宜統(tǒng)計3 h、6 h、12 h、24 h最大降水量；按4段制觀測或摘錄的宜統(tǒng)計6 h、12 h、24 h最大降水量；挑選的各時段最大降水量，均應(yīng)填寫開始日期。日期以零時為日分界。

3.4.2 綜合合理性檢查

1)逐日降水量表

①遙測雨量計短時間發(fā)生故障，使降水量累積曲線發(fā)生中斷或不正常時，通過分析對照或參照鄰站資料進(jìn)行改正。對不能改正部分是否采用人工觀測記錄或按缺測處理。

②月最大日量與逐日值是否有矛盾。

③檢查年統(tǒng)計欄。時段最大降水量是否從左向右從小到大或相等(與日量對照)，但降水量增大的比率應(yīng)小于時段加長的比率。如：3日最大降水量應(yīng)大于(或等于)1日最大降水量，但小于1日最大降水量的3倍。

④臨近站降水量、降水天數(shù)對照檢查。

2)降水量摘錄

①降水量摘錄表與逐日降水量表對照：檢查相應(yīng)的日量及符號，24 h最大量應(yīng)大于或等于一日最大量。

②同時期的降水量摘錄表與逐日降水量表所依據(jù)的記錄，應(yīng)完全一致。

3)各時段最大降水量表1、表2

①表(1)中10分鐘降水量>20 mm，需檢查原始數(shù)據(jù)，看是否是局部暴雨的真實反映。

②表(1)中24×60分鐘欄及表(2)中24小時欄與逐日降水量表中最大1日量對照，應(yīng)等于或大于逐日表中1日最大量。

③自左向右或各時段最大降水量應(yīng)隨時間加長而增大或相等，但降水量增大的比率應(yīng)小于時間加長的比率。

④按兩段制觀測或只記日量的站，不做此項統(tǒng)計。

4)面上對照

雨量站資料面上對照，是搞好降水資料的必要步驟。通過面上對照進(jìn)一步提高本站資料降水日期，降水天數(shù)、降水量的準(zhǔn)確性。在非汛期，雨量站周邊均有降水而本站無降水就有可能缺測，周圍均無降水，本站有降水有可能是注水試驗未及時刪除數(shù)據(jù)或者降水日期錯，例如觀測員把日子記錯或陰歷陽歷混淆等現(xiàn)象；在汛期與周邊雨量站對照如果面上普遍降

水，一站無降水有可能缺測，也有周邊無降水，單站降水有可能是雷陣雨或局部暴雨需要與人工對比確定其真實性。

4 結(jié)論

隨著中小河流雨量站點的不斷增加，新儀器的不斷地更新和使用，降水量整編也會面臨不同程度問題和挑戰(zhàn)，通過認(rèn)真分析數(shù)據(jù)、科學(xué)合理整編，不斷發(fā)現(xiàn)問題，加強(qiáng)與水情、設(shè)備管理人員溝通，提高對儀器人工調(diào)試管理水平，進(jìn)一步對遙測資料整編方法和技巧的不斷探索和研究，才能有效推進(jìn)遙測雨量資料整編工作更上新臺階。