水文自动监测站数据管理方法探讨

李拴良

（陕西省商洛水文水资源勘测局，陕西 商洛 726000）

1 自动站站网概况

陕西省商洛水文水资源勘测局已建成自动监测站365处。其中自动雨量站365处，移动通讯雨量站360处（其中：单纯雨量站320处，基本水文站10处，防汛水位站14处，防汛水文站16处），卫星通讯雨量站5处；自动水位站40处（其中：基本水文站10处，汛期水位站14处，防汛水文站16处）；防汛水文站16处（合肥三立建设5处，北京凯利特恩建设11处）；自动墒情站3处；自动蒸发站1处。

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

2 自动站数据情况

已建成的365处自动监测站。365处自动雨量站数据，可实时降雨量资料，通过这些实时降雨量资料可求出流域平均降雨量；前期影响雨量；行政区域统计雨量等。可进行自动站降雨空间分布状况分析，进行雨洪关系分析，对未来水情变化的预测预报，检查自动雨量站运行状况的分析，提出故障站恢复方法。

40处自动水位站数据。10处基本水文站数据，可获得24段制水位，变幅3 cm加报的水位变化过程；用报汛曲线查询的流量变化过程（可用实测流量测点控制报汛曲线的误差情况，一旦超过误差范围，立即修订报汛曲线），实测流量过程；14处防汛水位站数据，可获得24段制水位，变幅3 cm加报的水位变化过程；用报汛曲线查询的流量变化过程（可用上下游站、相邻站的流量对比，一旦发现超过误差范围，立即修订报汛曲线或用实测水位进行校准）；16处防汛水文站数据，可获得24段制水位，变幅3 cm加报的水位变化过程；实测流量变化过程（合肥三立建设5处流量信息基本正常，北京凯利特恩建设11处流量信息还在完善中，暂时不能查看使用）；3处自动墒情站数据在完善中；1处自动蒸发站数据，由于通讯问题，还不能传递。

3 自动站数据管理目标

自动站建设已基本完成，获得段制齐全，真实可靠，客观的数据，就是我们的目标。在自动站运行期间，发现了许多问题，如：数据冒大值的问题、系统性偏离的问题、跳变的问题、超出有效范围的问题等。就需要系统的解决方法，以便在实际工作中得以应用，解决实际问题。有的经分析属于仪器设备故障，向设备科或测站提出维护维修建议，早日排除故障，恢复设备的功能，正常采集传输水文信息。

4 自动站数据管理方法

自动站数据是水情报汛，水资源管理，资料整编的基础资料，是水文工作成绩的具体体现。需保障数据源的唯一性，水情中心数据库是自动站数据的唯一数据源，其它地方的自动站数据必须是由中心数据库传递过去的，须和中心数据库数据保持一致。

自动站数据管理主要在艾利泰尔接收平台上实现的，本文主要阐述艾利泰尔平台，部分方法用到数据查询平台。

由于自动站数据有不同类型，应就不同类型的数据、不同的问题，采用不同方法解决。

4.1 设置适当的拦截值

4.1.1 水位数据拦截值

在生产实践中，水位数据只能在河道最高水位和河道最低水位之间变化，超过这个范围的数据，判定为伪数据，应拦截。在艾利泰尔接收平台上设置最高水位的阈值窗口和最低水位的阈值窗口，把历年最高水位+0.5 m作为最高水位的阈值，把历年最低水位-0.5 m作为最低水位的阈值，设置到拦截窗口，超过这个范围的水位，将会被拦截，不会进入实时数据库。对于新设站，应用横断面最高点高程+0.5 m作为最高水位，用横断面最低点高程-0.5 m作为最低水位，设置拦截值。拦截值设置后，系统一旦有拦截值出现就会自动报警，并将拦截下来的数据写入中间数据库，值班人员根据报警提示及时将误拦数据写入实时数据库，并将伪数据剔除，这样，基本就可以消除水位冒大值的现象。

以灵口站为例，历年最高水位为101.38 m，最低水位为95.47 m，最高水位的阈值窗口和最低水位的阈值窗口的设置值分别为101.88 m，94.97 m，这样就可实现对冒大值的拦截。没设拦截值以前，水位出现了67.84 m的奇异值，通过拦截值得以过滤。如图1。

图1 没设拦截值以前数据示意图

图2 设置拦截值后数据示意图

4.1.2 流量数据拦截值

流量数据分为基本水文站、水位站和自动水文站两种情况。基本水文站、水位站的流量数据主要以报汛曲线查询而来或实测报汛而来，因此，控制其数据的主要途径是报汛曲线。

以过风楼站为例，5月13日6时10分过风楼站流量4660 m3/s，超过报汛曲线的推求范围，是冒大值数据,如图3。

图3 5月13日过凤楼水位流量过程数据示意图

流量以历史最大流量为高阈值，河床基流为低阈值，采取和水位数据同样的处理方式，由值班人员根据报警提示人工判断处理。

当遇洪水过程为绳套曲线时，按两条线使用，根据实际情况不同时段启用不同的报汛曲线。再根据实际水位流量数据判断其变化是否在合理范围内，若在合理范围内为有效数据；不在合理范围内为冒大值数据，予以拦截。

4.1.3 降雨量数据拦截值

在生产实践中，每小时降雨超过80 mm的降雨量很少见，几乎没有。艾利泰尔接收平台上设置每小时降雨量的阈值窗口，把80 mm作为1小时降雨量的阈值，超过80 mm的降雨量，将会被拦截，不会进入实时数据库。这样，基本就可以消除绝大数的降雨量冒大值的现象。软件设置情况见图4。

图4 降雨量阈值设置示意图

4.2 平时检查更正

4.2.1 水位数据平时检查更正

1）水位数据检查。

2）检查每日8时水位有无。

3）检查整小时（24段）水位有无。

4）检查水位变幅3 cm加报有无。

以上三条若无，应判断为系统硬件或软件故障，应联系技术支撑单位解决，或联系设备科、测站重置系统。

5）检查水位数据变化是否正常。水位数据一直不变；水位数据频繁变化且无规律（水位跳变）。应判断为仪器参数设置有问题，联系设备科、测站重新设置。

6）检查水位数据与实测水位差值。当差值大于3 cm时应立即用实测水位更正自动站水位数据，在艾利泰尔平台修改水位基准值。

7）用流量进行上下游、相邻站对照检查，发现有矛盾时，及时联系相关测站，立即实测水位，查出问题。需要更正水位时，及时用实测水位更正自动站水位数据。

4.2.2 流量数据平时检查更正

流量数据分为基本水文站、水位站和自动水文站三种情况。

（1）基本水文站流量数据平时检查更正

检查流量数据变化是否正常，有无零值出现，变化与水位变化是否一致。如果有问题就是报汛曲线没有推到最低水位，报汛曲线节点数据有误等，应及时修订报汛曲线。

通过绘制水位流量关系，可查出实测流量与报汛曲线的误差。若超过误差范围应及时修订报汛曲线，消除误差。

通过上下游、相邻站对照检查流量的合理性，对出现矛盾的数据及时检查相关站的测验、报汛情况，找出问题原因，消除矛盾。

（2）水位站流量数据平时检查更正

水位站的流量数据主要是报汛曲线查询而来的，检查内容比基本水文站少，基本相似。

①检查流量数据变化是否正常，有无零值出现，变化与水位变化是否一致。如果有问题就是报汛曲线没有推到最低水位，报汛曲线节点数据有误等，并及时修订报汛曲线。

②通过上下游、相邻站对照检查流量的合理性，对出现矛盾的数据及时检查相关站的报汛曲线，是否需要修订，需修订时及时修订。

（3）自动水文站流量数据平时检查更正

自动水文站的流量数据是各施工单位根据雷达测速仪测速自己计算而来，检查从流量入手，更正要从断面和流速两个方面实现。

①检查流量数据变化是否正常，有无零值出现，变化与水位变化是否一致。如果有问题流速是否过小，超过雷达测速仪的测量范围；断面是否已变化，并及时更新测量断面数据。

②通过上下游、相邻站对照检查流量的合理性，对出现矛盾的数据及时检查相关站的测验情况，找出问题原因，消除矛盾。

4.2.3 降雨量数据平时检查更正

在生产实践中，经过拦截，大部分奇异值不会进入实时数据库。但还有一部分小于80 mm/h的数据还是会进入数据库，只能通过平时检查，修改来消除奇异值。

1）检查雨量站与相邻站对比，看日雨量值是否有差异。有时及时查明原因，更正数据。

如9月9日～13日盈丰雨量站无监测雨量数据，经与相邻站对照该站应该有降雨，由此判断该站仪器设备工作不正常，及时通知设备科进行维护,见图5。

图5 盈丰雨量站雨量值异常数据示意图

2）检查雨量站与相邻站对比，看时段雨量值及降雨时段是否有差异，若有，及时查明原因，更正数据。

3）与有疑问站的看护人取得联系，查问实际降雨情况，以确定降雨数据真实可靠性。当日雨量数据与临站有较大差异时，可电话询问看护人，让他对比以前已发生的降雨与这次降雨的大小，以判定雨量值的准确性。

如保安雨量站7月28日雨量74.8 mm经与相邻站对照有偏大嫌疑，及时电话询问看护人核实后，最终认定保安28日雨量74.8 mm为正确值，见图6。

图6 保安雨量站雨量值数据核实示意图

4）通过防汛部门，与有疑问站的附近乡镇干部取得联系，查问实际降雨情况，以确定降雨数据真实可靠性。

如白鲁础雨量站6月5日雨量119.4 mm，经与相邻站对照有偏大嫌疑，及时与看护人核实并与县防汛办核实，对照乡镇的灾情报告，最终认定白鲁础5日雨量119.4 mm为真实数据,见图 7。

图7 白鲁础雨量站雨量值数据核实示意图

5 结语

通过采取一系列检查更正措施，基本可以实现自动站数据奇异值消除，段制齐全，数据真实准确、可靠，达到防汛、水资源管理和资料整编等的要求。目前，我局自动站站网建设已经达到了一定的规模，但在自动站数据的管理使用上面，才刚刚起步。通过对自动站数据的分析研究，不断充实检查问题、消除错误的方法。与其它部门紧密配合，共同承担起自动站数据管理的任务。