基于折线逼近法处理水位遥测数据的研究

吕 哲

（柳州水文中心，广西 柳州 545000）

近年来，随着科技进步，水文监测自动化、信息化建设不断推进，水文监测方式、水文信息处理与传统水文有了革命性改变。全量程、全要素、全自动标准化水文站网不断建设织密，海量的水文数据汇聚到水文信息中心。做好水文的服务和支撑是第一位的，水文中心（测）站面对纷繁的测报任务，需要做好“日清月结”，按规范要求完成好水文资料整编常规工作。

以水位数据采集为例，每隔5 min自动采集一组水位数据，每天有288组数据，一年就有10.5万多级数据。将来可能还要求每分钟都能有实时监测数据，只有足够多的数据才能正确完整模拟天然河流水位变化过程。数据量的增大，提高监测的精准度，同时也给数据的处理提出了挑战。如何能在大量的水文监测数据中选出最少的节点，使之既能反映实际变化过程，又能满足各种整编成果的计算精度和规范要求，“折线逼近法”结合人工干预，可以花较少的时间做到“日清月结”。

1 逼近法原理

“折线逼近法”就是在每5 min的遥测水位过程线（以下简称“遥测线”）上找出控制点连成折线过程线，并让其与“遥测线”相比较，当两者相差Δt较大时，通过不断增加摘录点次，使其不断逼近“遥测线”。折线逼近法原理见图1。

图1 折线逼近法原理示意图

2 程序化处理的应用实例

以黄冕水文站遥测水位线与折线逼近法生产对照图为例，黄冕水文站2021年9月15日遥测水位线与折线逼近法生成线对照图见图2。

图2 黄冕水文站2021年9月15日遥测水位线与折线逼近法生成线对照图

具体实现步骤：

（1）水位订正。将所有当天人工观测的水位，包括测流、测沙、测断面时观测的水位，按照91 408（空格）93.71在录入文本框输入。水位整编时，人工观测水位与遥测水位一定要有关联，才能确保水位资料的正确性。

（2）人工干预。在过程线上人工增、删节点，从而达到折线无限逼近遥测线。在一些水位变化频繁的水文站如受闸坝影响的水文站，水位变化急剧，程序通过简单鼠标单击的人工干预，就能达到较好的效果。判断的标准就是对照所有遥测点参与计算的日平均水位与折线的日平均水位是否一致或者在允许误差范围内。

移动鼠标到绘图区，鼠标沿遥测线移动，会自动捕捉到遥测线的节点，同时右边的列表框会高亮显示捕捉到的节点，要绘图区双击鼠标，该节点就会被摘录。在摘录点列表框，若不需要某节点，只需在列表框用鼠标双击该节点，该节点就会从摘录表中删除，重得检查，直至两个系列计算的日平均水位一致，两条线接近重合。

（3）实例计算

对柳州水文中心水位变化比较复杂的柳城水文站8月16日～9月15日1个月实测数据进行计算分析，结果见表1。

表1 柳城水文站8月16日～9月15日逐日平均水位表

8月30日8月31日9月1日9月2日9月3日9月4日9月5日9月6日9月7日9月8日9月9日9月10日9月11日9月12日9月13日9月14日9月15日92.83 92.80 92.63 92.91 92.72 92.69 92.78 92.83 93.02 92.73 92.81 92.72 92.75 92.84 92.81 92.80 92.71 92.83 92.80 92.63 92.91 92.72 92.69 92.78 92.83 93.01 92.73 92.81 92.72 92.75 92.84 92.81 92.80 92.72 00000000 00 0.01 0.01 0000000-0.01 92.72 92.80 92.75 92.75 92.79 92.73 92.76 92.80 92.85 92.78 92.79 92.79 92.77 92.83 92.81 92.79 92.74 92.72 92.80 92.74 92.75 92.79 92.73 92.76 92.80 92.85 92.78 92.79 92.79 92.77 92.83 92.81 92.79 92.74 00000000000000 12 16 11 9 11 11 17 13 17 13 10 9 11 18 16 15 14

从表1可以看出，用折线逼近法最后精简出的水位过程线的节点（水位摘录点）仅440个，比实测点少8928个，仅占实测点总数的4.70%。模拟水位过程计算的日平均水位与原始实测水位过程计算的日平均水位最大误差为l cm，满足规范（2 cm内）要求，达到在不失真的情况下用较少的控制点表达实测水位过程的目的。从8月16日～9月15日31 d时间内只有8月18日有个突变水位需要人工干预，柳城水文站水位变幅不大，但由于受下游仅3 km的大埔水电站放水发电的影响，水位波动较大，水位摘录难度大，程序能很好适应复杂水位变化情形，基本不用人干预就能很好地拟合遥测水位过程。

3 结语

水位数据是水文资料整编中数据量最大，也是最容易出现错误且不易发现。本文通过引入折线逼近法，结合人工干预，将人工观测水位与遥测水位关联，能很好地解决了水文资料整编工作中水位数据精简问题。通过图表的形式直观地进行水位订正、摘录，测站职工可以做到水文资料“日清月结”，确保水文资料能满足各种整编成果的计算精度和规范要求。