遙測水位常見問題分析及整編方法探討

石牡麗，屈阿麗，沈建亞，段建東

（陜西省西安水文水資源勘測中心,陜西 西安 721000）

隨著水文現(xiàn)代化的不斷提高,遙測水位系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于水文領(lǐng)域,有效提高了水情實(shí)時(shí)監(jiān)測站點(diǎn)的密度和覆蓋面,遙測系統(tǒng)方便工作的同時(shí),在實(shí)際工作中也存在一些問題,需要對(duì)存在的問題進(jìn)行分析和總結(jié),以提高遙測數(shù)據(jù)應(yīng)用的水平和質(zhì)量。

1 遙測水位站工作原理及數(shù)據(jù)的采集、傳輸方式

1.1 遙測站工作原理

水位是指自由水面相對(duì)于某一基面的高程,是反映水體水情最直觀的因素,遙測水位就是通過遠(yuǎn)程傳輸?shù)乃?是遙測站在無電源無線傳輸工況下測量水庫、河流、湖泊、壩體測壓管等的水位,是監(jiān)測水位變化的有效監(jiān)測設(shè)備。目前我中心應(yīng)用較多的為雷達(dá)水位計(jì),也叫水位雷達(dá),是利用電磁波探測目標(biāo)的電子設(shè)備。其主要測量原理是從雷達(dá)水位傳感天線發(fā)射雷達(dá)脈沖,天線接收從水面反射回來的脈沖,并記錄時(shí)間T,由于電磁波的傳播速度C是個(gè)常數(shù),從而得出到水面的距離D。

1.2 遙測站數(shù)據(jù)采集、傳輸方式

雷達(dá)水位計(jì)測量精度高、穩(wěn)定性好、沒有溫漂和時(shí)漂的影響,測量信號(hào)可自報(bào)或?qū)崟r(shí)采集,傳輸方式為無線數(shù)傳電臺(tái)或移動(dòng)公網(wǎng)GPRS/CDMA。可以在監(jiān)測中心通過有線或無線數(shù)字通訊遠(yuǎn)程獲取實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的監(jiān)測數(shù)據(jù),進(jìn)行匯總,生成實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)庫,自動(dòng)完成報(bào)文生成和整編數(shù)據(jù)生成等業(yè)務(wù)處理,自動(dòng)完成系統(tǒng)信息的管理和系統(tǒng)運(yùn)行的管理,通過采集數(shù)據(jù),提供輔助決策支持,特別適合目前水文有人看管,無人值守的巡測模式。

1.3 數(shù)據(jù)導(dǎo)出方式

一是可以在測站計(jì)算機(jī)導(dǎo)出數(shù)據(jù),二是可以在水位塔RTU上導(dǎo)數(shù)據(jù),三是在遙測平臺(tái)上導(dǎo)出數(shù)據(jù)。

2 遙測水位數(shù)據(jù)常見問題分析

遙測水位數(shù)據(jù)常見問題有以下幾種：①遙測設(shè)備傳感器故障會(huì)使遙測數(shù)據(jù)出現(xiàn)無規(guī)律大值；②儀器故障,移動(dòng)通訊故障、電池供電不足等會(huì)出現(xiàn)遙測數(shù)據(jù)缺測；③遙測探頭照在干灘,水位出現(xiàn)恒定大值；④受風(fēng)力風(fēng)向、波浪高度、雜草等影響,遙測數(shù)據(jù)失真,不能代表自由水面的真實(shí)水位; ⑤改變探頭高度或調(diào)整基準(zhǔn)水位及高差會(huì)出現(xiàn)水位呈不同系列；⑥控制中心所有站點(diǎn)無數(shù)據(jù)?？刂浦行恼军c(diǎn)所有站點(diǎn)無數(shù)據(jù)一般由以下幾點(diǎn)造成：網(wǎng)絡(luò)不正常,中心站軟件不能正常連接通信平臺(tái)接收數(shù)據(jù),控制中心站軟件故障,數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)空間已滿等,基于以上種種原因是遙測水位出現(xiàn)問題的主要因素,需要在工作實(shí)際中不斷摸索,不斷探索,才能排除故障,得到正確、合理的水位數(shù)據(jù),才能在整編過程中正確分析、判斷、處理有問題的數(shù)據(jù)。

3 遙測水位整編

遙測水位整編的目的是繪制逐時(shí)、逐日水位過程線,編制逐日平均水位表、建立水位-流量、水位-面積、水位-流速關(guān)系曲線,從而達(dá)到根據(jù)水位推求相應(yīng)流量的目的。遙測水位整編的主要內(nèi)容包括遙測數(shù)據(jù)精簡、遙測數(shù)據(jù)整理分析,遙測數(shù)據(jù)整編計(jì)算、單站合理性檢查、綜合合理性檢查。

3.1 遙測數(shù)據(jù)精簡依據(jù)

遙測數(shù)據(jù)一般為5 min采集一次數(shù)據(jù),一天就有288 個(gè)水位數(shù)據(jù),一月按30 d計(jì)算就有8640 個(gè)水位數(shù)據(jù),水位數(shù)據(jù)量巨大,為避免遙測水位過程呈鋸齒狀,洪水水文要素摘錄表數(shù)據(jù)量大等,依據(jù)中華人民共和國水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水文資料整編規(guī)范》（SL/T 247-2020）第6.2.4 進(jìn)行精簡處理。

3.2 遙測數(shù)據(jù)精簡要求

當(dāng)水位過程呈鋸齒狀時(shí),宜采用中心線平滑方法進(jìn)行處理；當(dāng)水位過程平緩時(shí),可采用摘錄的方式進(jìn)行處理；受水利工程影響,水位變化較大時(shí),宜以水位變化斜率作為控制指標(biāo),按指標(biāo)進(jìn)行精簡,并符合下列要求：

1）處理后的水位變化過程完整。

2）經(jīng)處理以后計(jì)算的日平均水位與采用所有數(shù)據(jù)計(jì)算的日平均水位相差不宜超過2 cm。

3）有流量資料整編的測站,處理后的水位變化過程應(yīng)滿足推求流量的要求。

3.3 遙測數(shù)據(jù)整理分析

遙測數(shù)據(jù)一般有文本格式和Excel格式兩種格式形式。我們需要根據(jù)應(yīng)用處理的軟件不同而采用不同的格式最終進(jìn)入整編程序進(jìn)行整編。

3.3.1 應(yīng)用2.0 或5.0 整編程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理步驟

打開2.0 或5.0 整編程序點(diǎn)擊整編菜單→水位降水固態(tài)數(shù)據(jù)處理→在水位雨量固存數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換界面選擇水位數(shù)據(jù)類型→一般選擇浙江局或湖北一方公司→把數(shù)據(jù)處理成所選數(shù)據(jù)類型→如果所用水位與整編水位有差值在水位常數(shù)里輸入差值并保存→然后點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換水位→點(diǎn)擊轉(zhuǎn)換設(shè)置及查看數(shù)據(jù)→進(jìn)行水位預(yù)處理設(shè)置→寫入到原始數(shù)據(jù)表中→數(shù)據(jù)已原始整編數(shù)據(jù)錄入界面。

3.3.2 應(yīng)用水文測驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理步驟

登錄水文測驗(yàn)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)→點(diǎn)擊水位計(jì)數(shù)據(jù)摘錄→數(shù)據(jù)源選擇→讀取相應(yīng)格式數(shù)據(jù)→選擇日期和必摘設(shè)定→讀取記錄→保存摘錄結(jié)果→在水位記載表界面點(diǎn)擊保存→在2.0 或5.0 整編程序原始數(shù)據(jù)錄入界面→導(dǎo)入水文測驗(yàn)處理系統(tǒng)整編文件夾下的文本數(shù)據(jù)即可。

3.3.3 應(yīng)用遙測數(shù)據(jù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理步驟

從遙測數(shù)據(jù)平臺(tái)的整編庫里直接下載不同時(shí)段,不同格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行整編,可以非汛期下載兩端制數(shù)據(jù)、汛期下載四段數(shù)據(jù),同時(shí)下載5 min數(shù)據(jù),在Excel表格里,以兩段制或四段制水位為基礎(chǔ),然后把漲水過程按5 min數(shù)據(jù)插入后,復(fù)制→粘貼至2.0 或5.0 整編程序錄入界面。

3.4 有問題數(shù)據(jù)的處理方法

當(dāng)出現(xiàn)大值時(shí)首先用Excel篩選功能把大值處理掉,查找出現(xiàn)大值原因,然后用人工觀測資料代替；當(dāng)出現(xiàn)缺測時(shí),根據(jù)水位變化幅度進(jìn)行插補(bǔ)或用人工觀測值進(jìn)行補(bǔ)充；當(dāng)水位失真時(shí)可通過調(diào)整基準(zhǔn)值或改變探頭高度讓其體現(xiàn)真實(shí)水位,并用人工觀測資料進(jìn)行整編；當(dāng)水位計(jì)探頭維修改造數(shù)據(jù)出現(xiàn)不同系列時(shí),按不同系列整編并備注說明原因或根據(jù)調(diào)整前后差值換算成同一系列資料進(jìn)行整編計(jì)算。

3.5 整編計(jì)算

遙測數(shù)據(jù)處理好后,導(dǎo)入整編程序相應(yīng)界面并設(shè)置好控制信息,進(jìn)行整編計(jì)算。如果數(shù)據(jù)有問題就會(huì)出現(xiàn)提示信息,根據(jù)提示信息進(jìn)一步對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查、整理后程序自動(dòng)計(jì)算,整編表項(xiàng)輸出相應(yīng)的成果表,如逐日平均水位表等。

3.6 水位成果單站合理性檢查

進(jìn)行單站合理性檢查時(shí)看逐日水位變化是否連續(xù),有無突變；是否符合漲落率的漸變性；洪水漲陡落緩的特性和水位變化的特殊性,如受洪水頂托、冰塞、冰壩及絕堤等影響；檢查水位突漲、突落及峰形變化的合理性；水庫及堰閘站,還應(yīng)檢查水位的變化與閘門啟閉情況的相應(yīng)性；逐日表平均值是否與最大、最小值有矛盾；一月天數(shù)是否正確；平水期水位連續(xù)多天數(shù)值是否相同,如相同要查明原因；自記數(shù)據(jù)精簡是否滿足日平均水位計(jì)算的要求,附注說明是否正確或和數(shù)據(jù)相符等。

3.7 水位成果綜合合理性檢查

1）逐日表與洪水水文要素表對(duì)照。檢查測流、測輸沙開始和終了的水位有沒有記入水位記載本并參加計(jì)算,逐日表極值與洪要極值是否一致。

2）逐日表與實(shí)測流量成果表、實(shí)測大斷面成果表對(duì)照。用遙測水位整編時(shí),是否將（實(shí)測流量、實(shí)測大斷面）觀測水位添加到水位系列中；實(shí)測流量量成果表、實(shí)測大斷面成果表類與逐日表極值是否存在表面矛盾或極值漏選。如：逐日平均水位表中最高水位低于實(shí)測流量成果表中的年（月）最高水位,或逐日水位表中的年（月）最低水位高于實(shí)測流量成果表中的年（月）最低水位等；逐日水位表最低水位是否低于實(shí)測大斷面河底最低點(diǎn)高程等。

3）審查逐時(shí)水位過程線的連續(xù)性與合理性,日平均水位、特征值與出現(xiàn)日期的正確性。

4）特殊水情,如河干、斷流、連底凍等發(fā)生及采用符號(hào)的正確性。

5）審查水位插補(bǔ)方法的正確性及插補(bǔ)的合理性。

6）與上下游水文測站對(duì)照水位過程的合理性。

4 結(jié)論

遙測系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,必然會(huì)不可避免地出現(xiàn)不同形式的故障,使遙測水位數(shù)據(jù)相應(yīng)的出現(xiàn)不同的問題,整編人員需要善于及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題,并和設(shè)備管理維護(hù)人員、接收平臺(tái)管理人員加強(qiáng)溝通和交流,積極思考可能原因和有效處理措施,使遙測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定可靠運(yùn)行,讓其接收、采集合理的、有質(zhì)量的數(shù)據(jù),發(fā)揮其應(yīng)有的價(jià)值；進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)整編軟件和整編規(guī)范的學(xué)習(xí),只有以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度,不斷研究創(chuàng)新的精神才能推進(jìn)遙測水位整編質(zhì)量不斷提高,才能提高為社會(huì)務(wù)的水平和能力。