水文自動監測站數據管理方法探討

李拴良

（陜西省商洛水文水資源勘測局，陜西 商洛 726000）

1 自動站站網概況

陜西省商洛水文水資源勘測局已建成自動監測站365處。其中自動雨量站365處，移動通訊雨量站360處（其中：單純雨量站320處，基本水文站10處，防汛水位站14處，防汛水文站16處），衛星通訊雨量站5處；自動水位站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5處，北京凱利特恩建設11處）；自動墑情站3處；自動蒸發站1處。

常年報送水雨情信息的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 自動站數據情況

已建成的365處自動監測站。365處自動雨量站數據，可實時降雨量資料，通過這些實時降雨量資料可求出流域平均降雨量；前期影響雨量；行政區域統計雨量等。可進行自動站降雨空間分布狀況分析，進行雨洪關系分析，對未來水情變化的預測預報，檢查自動雨量站運行狀況的分析，提出故障站恢復方法。

40處自動水位站數據。10處基本水文站數據，可獲得24段制水位，變幅3 cm加報的水位變化過程；用報汛曲線查詢的流量變化過程（可用實測流量測點控制報汛曲線的誤差情況，一旦超過誤差范圍，立即修訂報汛曲線），實測流量過程；14處防汛水位站數據，可獲得24段制水位，變幅3 cm加報的水位變化過程；用報汛曲線查詢的流量變化過程（可用上下游站、相鄰站的流量對比，一旦發現超過誤差范圍，立即修訂報汛曲線或用實測水位進行校準）；16處防汛水文站數據，可獲得24段制水位，變幅3 cm加報的水位變化過程；實測流量變化過程（合肥三立建設5處流量信息基本正常，北京凱利特恩建設11處流量信息還在完善中，暫時不能查看使用）；3處自動墑情站數據在完善中；1處自動蒸發站數據，由于通訊問題，還不能傳遞。

3 自動站數據管理目標

自動站建設已基本完成，獲得段制齊全，真實可靠，客觀的數據，就是我們的目標。在自動站運行期間，發現了許多問題，如：數據冒大值的問題、系統性偏離的問題、跳變的問題、超出有效范圍的問題等。就需要系統的解決方法，以便在實際工作中得以應用，解決實際問題。有的經分析屬于儀器設備故障，向設備科或測站提出維護維修建議，早日排除故障，恢復設備的功能，正常采集傳輸水文信息。

4 自動站數據管理方法

自動站數據是水情報汛，水資源管理，資料整編的基礎資料，是水文工作成績的具體體現。需保障數據源的唯一性，水情中心數據庫是自動站數據的唯一數據源，其它地方的自動站數據必須是由中心數據庫傳遞過去的，須和中心數據庫數據保持一致。

自動站數據管理主要在艾利泰爾接收平臺上實現的，本文主要闡述艾利泰爾平臺，部分方法用到數據查詢平臺。

由于自動站數據有不同類型，應就不同類型的數據、不同的問題，采用不同方法解決。

4.1 設置適當的攔截值

4.1.1 水位數據攔截值

在生產實踐中，水位數據只能在河道最高水位和河道最低水位之間變化，超過這個范圍的數據，判定為偽數據，應攔截。在艾利泰爾接收平臺上設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，設置到攔截窗口，超過這個范圍的水位，將會被攔截，不會進入實時數據庫。對于新設站，應用橫斷面最高點高程+0.5 m作為最高水位，用橫斷面最低點高程-0.5 m作為最低水位，設置攔截值。攔截值設置后，系統一旦有攔截值出現就會自動報警，并將攔截下來的數據寫入中間數據庫，值班人員根據報警提示及時將誤攔數據寫入實時數據庫，并將偽數據剔除，這樣，基本就可以消除水位冒大值的現象。

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置值分別為101.88 m，94.97 m，這樣就可實現對冒大值的攔截。沒設攔截值以前，水位出現了67.84 m的奇異值，通過攔截值得以過濾。如圖1。

圖1 沒設攔截值以前數據示意圖

圖2 設置攔截值后數據示意圖

4.1.2 流量數據攔截值

流量數據分為基本水文站、水位站和自動水文站兩種情況。基本水文站、水位站的流量數據主要以報汛曲線查詢而來或實測報汛而來，因此，控制其數據的主要途徑是報汛曲線。

以過風樓站為例，5月13日6時10分過風樓站流量4660 m3/s，超過報汛曲線的推求范圍，是冒大值數據,如圖3。

圖3 5月13日過鳳樓水位流量過程數據示意圖

流量以歷史最大流量為高閾值，河床基流為低閾值，采取和水位數據同樣的處理方式，由值班人員根據報警提示人工判斷處理。

當遇洪水過程為繩套曲線時，按兩條線使用，根據實際情況不同時段啟用不同的報汛曲線。再根據實際水位流量數據判斷其變化是否在合理范圍內，若在合理范圍內為有效數據；不在合理范圍內為冒大值數據，予以攔截。

4.1.3 降雨量數據攔截值

在生產實踐中，每小時降雨超過80 mm的降雨量很少見，幾乎沒有。艾利泰爾接收平臺上設置每小時降雨量的閾值窗口，把80 mm作為1小時降雨量的閾值，超過80 mm的降雨量，將會被攔截，不會進入實時數據庫。這樣，基本就可以消除絕大數的降雨量冒大值的現象。軟件設置情況見圖4。

圖4 降雨量閾值設置示意圖

4.2 平時檢查更正

4.2.1 水位數據平時檢查更正

1）水位數據檢查。

2）檢查每日8時水位有無。

3）檢查整小時（24段）水位有無。

4）檢查水位變幅3 cm加報有無。

以上三條若無，應判斷為系統硬件或軟件故障，應聯系技術支撐單位解決，或聯系設備科、測站重置系統。

5）檢查水位數據變化是否正常。水位數據一直不變；水位數據頻繁變化且無規律（水位跳變）。應判斷為儀器參數設置有問題，聯系設備科、測站重新設置。

6）檢查水位數據與實測水位差值。當差值大于3 cm時應立即用實測水位更正自動站水位數據，在艾利泰爾平臺修改水位基準值。

7）用流量進行上下游、相鄰站對照檢查，發現有矛盾時，及時聯系相關測站，立即實測水位，查出問題。需要更正水位時，及時用實測水位更正自動站水位數據。

4.2.2 流量數據平時檢查更正

流量數據分為基本水文站、水位站和自動水文站三種情況。

（1）基本水文站流量數據平時檢查更正

檢查流量數據變化是否正常，有無零值出現，變化與水位變化是否一致。如果有問題就是報汛曲線沒有推到最低水位，報汛曲線節點數據有誤等，應及時修訂報汛曲線。

通過繪制水位流量關系，可查出實測流量與報汛曲線的誤差。若超過誤差范圍應及時修訂報汛曲線，消除誤差。

通過上下游、相鄰站對照檢查流量的合理性，對出現矛盾的數據及時檢查相關站的測驗、報汛情況，找出問題原因，消除矛盾。

（2）水位站流量數據平時檢查更正

水位站的流量數據主要是報汛曲線查詢而來的，檢查內容比基本水文站少，基本相似。

①檢查流量數據變化是否正常，有無零值出現，變化與水位變化是否一致。如果有問題就是報汛曲線沒有推到最低水位，報汛曲線節點數據有誤等，并及時修訂報汛曲線。

②通過上下游、相鄰站對照檢查流量的合理性，對出現矛盾的數據及時檢查相關站的報汛曲線，是否需要修訂，需修訂時及時修訂。

（3）自動水文站流量數據平時檢查更正

自動水文站的流量數據是各施工單位根據雷達測速儀測速自己計算而來，檢查從流量入手，更正要從斷面和流速兩個方面實現。

①檢查流量數據變化是否正常，有無零值出現，變化與水位變化是否一致。如果有問題流速是否過小，超過雷達測速儀的測量范圍；斷面是否已變化，并及時更新測量斷面數據。

②通過上下游、相鄰站對照檢查流量的合理性，對出現矛盾的數據及時檢查相關站的測驗情況，找出問題原因，消除矛盾。

4.2.3 降雨量數據平時檢查更正

在生產實踐中，經過攔截，大部分奇異值不會進入實時數據庫。但還有一部分小于80 mm/h的數據還是會進入數據庫，只能通過平時檢查，修改來消除奇異值。

1）檢查雨量站與相鄰站對比，看日雨量值是否有差異。有時及時查明原因，更正數據。

如9月9日～13日盈豐雨量站無監測雨量數據，經與相鄰站對照該站應該有降雨，由此判斷該站儀器設備工作不正常，及時通知設備科進行維護,見圖5。

圖5 盈豐雨量站雨量值異常數據示意圖

2）檢查雨量站與相鄰站對比，看時段雨量值及降雨時段是否有差異，若有，及時查明原因，更正數據。

3）與有疑問站的看護人取得聯系，查問實際降雨情況，以確定降雨數據真實可靠性。當日雨量數據與臨站有較大差異時，可電話詢問看護人，讓他對比以前已發生的降雨與這次降雨的大小，以判定雨量值的準確性。

如保安雨量站7月28日雨量74.8 mm經與相鄰站對照有偏大嫌疑，及時電話詢問看護人核實后，最終認定保安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據核實示意圖

4）通過防汛部門，與有疑問站的附近鄉鎮干部取得聯系，查問實際降雨情況，以確定降雨數據真實可靠性。

如白魯礎雨量站6月5日雨量119.4 mm，經與相鄰站對照有偏大嫌疑，及時與看護人核實并與縣防汛辦核實，對照鄉鎮的災情報告，最終認定白魯礎5日雨量119.4 mm為真實數據,見圖 7。

圖7 白魯礎雨量站雨量值數據核實示意圖

5 結語

通過采取一系列檢查更正措施，基本可以實現自動站數據奇異值消除，段制齊全，數據真實準確、可靠，達到防汛、水資源管理和資料整編等的要求。目前，我局自動站站網建設已經達到了一定的規模，但在自動站數據的管理使用上面，才剛剛起步。通過對自動站數據的分析研究，不斷充實檢查問題、消除錯誤的方法。與其它部門緊密配合，共同承擔起自動站數據管理的任務。