电子水位本在土门楼水文站资料整编中的应用

孙亚楠

（河北省廊坊水文勘测研究中心,河北 廊坊 065000）

水文是研究地球系统中水的存在、分布、运动和循环变化规律的一项基础工作。水文资料是国家重要的基础信息资源之一[1],水文监测是水文资料的主要来源,对通过水文测验得到的水文数据进行分析、计算和整编后,应用于水资源评价、水资源管理、防汛抗旱以及水利工程建设等领域[2]。近些年来,水文信息化迅速发展,水文监测方式也有了一些转变,由传统的人工监测逐步走向自动化监测,形成了人工监测和自动监测相结合的模式[3]。随着水文监测和水文整编形式的改革,我们需要一个将水文要素从监测—数据录入—计算分析—整编数据源生成的整编软件,经过多年的实践和探索,最终成型了一套成熟的“水文资料整编系统HDP5.0”（简称“整编系统5.0”）。但是如何把原始数据转化为整编系统5.0 可以接收的数据,各个地方都有自己的一套系统。本文以河北省土门楼水文站资料整编为例,介绍电子水位本在数据转化上的应用。

1 测验系统简介

1.1 水文资料整编软件的发展

20 世纪50 年代～80 年代前期,我国的各种水文整编的成果,一直用人工摘录、计算、整理、绘制图表,计算的工具由算盘发展到了计算机,工作量很大,耗时长,错误率也比较高,给整编工作带来了很多不便[4]。20 世纪70 年代中后期到80 年代中后期,长江水利委员会和黄河水利委员会先后运用ALGOL-60 语言、FORTRAN 语言编程,研发了水文资料整编软件,在全国广泛使用,终端机的出现改变了以往的工作模式,给数据的录入、核对带来了很大的便利[5-6]。到90 年代中期,在DOS 为主的操作系统已经日益成熟,于是在DOS 系统下运用BASIC 语言,开发了更为成熟的编程软件。与此同时,河北省也基于DOS 操作系统运用VB6.0 和FORTRAN 语言混合研发了水文资料整编软件,在水文年鉴恢复刊印后,河北省水文资料整编系统还被应用于海河水利委员会和北京一些地方的水文资料整编中。21 世纪全国恢复了水文年鉴复刊工作,长委和黄委分别开发了“南方片水文资料整编系统”和“北方片水文资料整编系统”。到了2018 年,水文整编系统由单机版升级为了网络版,并一直沿用至今。

1.2 电子水为本简介

河北省廊坊水文勘测研究中心由专业技术人员基于Windows 系统运用Visual Basic 语言在2003 年开始编写电子水位本,2005 年在廊坊水文中心各个水文站进行推广使用,经过一段时间的应用,取得了非常好的效果,确确实实达到了提高工作效率、减轻劳动强度、提升资料质量的目的。电子水位本具有数据录入、分析计算、数据校核和成果格式转化等功能,分析计算模块程序编写主要依据水文行业内的各种规范,主要包括人工监测和自动监测水位数据核对、流量分析计算、流量插补、水温冰情摘录表的绘制等水文资料处理的相关功能。

2 土门楼水文站简介

土门楼水文站位于河北省廊坊市香河县五百户镇土门楼村青龙湾减河土门楼节制闸桥北侧,测站附近地面高程约为14.00 m,测站冻结基面为大沽基面。本站辖北运河土门楼（北）站和青龙湾减河土门楼（青）站两个监测断面。北运河土门楼（北）站为海河流域北运河水系北运河控制站,该站始建于1930 年5 月。本站断面以上集水面积约2850 km2,为区域代表站,属河北省重点站,测站精度为二类；青龙湾减河土门楼（青）站为潮白蓟运河流域潮白河水系青龙湾减河控制站,是北运河经由青龙湾减河向潮白新河分泄洪水的控制断面,该站始建于1924 年。属河北省重点站,测站精度为二类。

土门楼站是河北省与天津市的界河站,对防汛的科学决策及其下游天津市的防汛工作起着极其重要的作用。土门楼（北）监测项目：水位、流量、单样含沙量、悬移质输沙率、水温、冰凌、降水量、蒸发量、水化学分析等。土门楼（青）监测项目：水位、流量、单样含沙量、悬移质输沙率等。

3 电子水位本应用

3.1 电子水位本工作表的填制

3.1.1 工作表“水位本”的填制

1）首先按要求在工作表“水位本”表头“基本信息区域”录入基本信息、水尺编号和相应水尺零点高程,见图1。当基本信息录入完毕后,下边的各栏均须录入相应数据。

图1 电子水位本基本信息

图1 中基本信息区域的填写要求如下：

（1）站类：河道站填1,堰闸站填2。

（2）年份：录入当年资料的四位数年份。

（3）测站编码：在J 列录入河道站或闸坝站上断面站码,在K 列录入闸坝站下断面站码。

（4）河名：录入本站河流名称。

（5）站名：录入本站站名,闸坝站加闸（坝）上断面特征。

（6）冰厚测量位置断面名称：填写如“基本水尺断面”“闸上基本水尺断面”“ 坝上基本水尺断面”等。

（7）水文电算加工表保存路径：填写省局整编程序水文电算加工表正确路径,如e:swzbswys。

（8）读取实测流量用“实测流量及堰闸率定计算”文件名：填写“水文测整实用软件系统实测流量及堰闸率定”文件夹中的本站的实测流量及堰闸率定表的名称,如“2008土（北）实测流量及堰闸率定计算（116）.xls”（要求“水文测整实用软件系统”文件夹和“swzb”文件夹必须都在同一磁盘的根目录上,否则找不到实测流量文件）。

（9）闸坝站流量资料站名：用程序插补流量的堰闸站填写,生成辅助图表时用,如空白则默认闸上（坝上）断面特征。

（10）堰闸闸门基本数据：包括闸底及堰顶高程、孔数和单孔宽等项,见图2。

图2 堰闸闸门基本数据

2）填制绿色各栏数据时,要按照《电子水位本》的填写要求填写,其中实测流量栏需注意,全年采用连实测流量过程线法整编的需要填写这一栏,河道站和不采用程序插补流量的堰闸站将人工插补的瞬时流量和实测流量一并填在这一栏。填写时要注意年头年尾的衔接。

3.1.2 工作表“冰情gc”和工作表“闸门qb”的填制

填制“冰情gc”表时,月日跟同上的可以省略,时间栏输入8,其他各栏相应录入冰情观测记载表（河道、闸上或坝上断面）上的数据,以备横向对照使用,见图3。

图3 冰情gc 表填制情况

填制“闸门qb”工作表时,在各栏录入闸门启闭记载表中的数据,月日同上可省略,时分之间用小数点间隔,填法同“水位本”工作表。水位为河干时填-8,孔数栏在闸门全闭时填0,开启高度栏提出水面填99、闸门全闭录入0,见图4。

图4 闸门qb 表填制情况

3.1.3 工作表“沙量jz”的填制

在填制“沙量jz”表时,要求在各栏必须录入各次单沙和输沙率数据应该有的数据项,不能漏录,而且各项目必须严格按规范规定的有效位数和本表表头的批注要求录入,否则容易出错。单沙垂线特征标记栏：纯单沙的垂线填d。输沙率中的相应单沙垂线填sd。输沙率中的其它测沙垂线填s。开始时分、结束时分栏：输沙率测次填写此栏,分钟有0 的要补齐,时分之间以小数点间隔。断面输沙率、断面平均含沙量栏：输沙率测次填写此栏。基本水位栏：水位整米数不可省略,堰闸站可只填推沙断面水位。测点深栏：采用积深法取沙时,填“积深”,方法同上时不省略。滤纸加沙重栏：河水澄清目测含沙量为零在此栏填c。含沙量栏：按规范要求填齐有效位数（左零右零均不可省略）。备注栏：该栏为程序计算的含沙量数值,以作对照用。单样含沙量栏：从“af”列而来,固定两线积深者只填一个平均值,见图5。

3.1.4 其他工作表填制情况

其他各工作表表均自动填制,各表均不可随意删除。其他各表有：“水温rb”,逐日水温表；“冰摘”,冰厚及冰清要素表；“冰统”,冰情统计表；“dz 图”,水温气温对照图；“图数”,水温气温对照数据；“实测Q”,实测流量率定数据表；“插补Q”,瞬时流量插补计算表；“成果Q”,多系列瞬时流量过程成果表；“辅表”,插补瞬时流量辅助表,此表打印后作为送省辅助图表资料；“闸门qb”闸门启闭记载表,此工作表右侧表格数据为自动生成,作为校核用；“沙量jz”,含沙量处理记载表,此工作表右侧单样含沙量测验记载表和实测悬移质输沙率成果表为自动填制,作为校核和生成制表原始文件用。

3.2 流量的插补

流量插补是流量资料整编过程中重要的一部分, 对于堰闸站来说,有一个适合的流量插补方法更重要。堰闸站由于受上下游水利工程的影响,很难率定出单一的相关曲线,无法用关系曲线推流,一般采用连实测流量过程线法推流（如土门楼水文站）,但当闸门调度频繁,过程难以控制时,就需要对流量变化的转折点予以插补。电子水位本中运用堰闸流量系数法对流量进行插补。

观察“水位本”中的水位变化,若有水位变化比较大但未测到流量的点,则需要插补流量,在需要插补流量的日期对应的“堰闸站插补流量标志”这一栏写“1”,见图6,需要插补的是1 月2 日8 时的流量。

图6 流量插补表

选好需要插补的日期后,点击功能栏“堰闸流量插补”下的“1.1 多系列瞬时流量插补计算”便得到了“成果Q”表。如图7 所示,对得到的四组数据结合流量过程先和水位过程线进行和理性分析,将最后选定的数进行标黄,然后点击点击功能栏“堰闸流量插补”下的“2.9 人工选择插补成果”,便得到了L 列数据,L 列数据,一般情况下,该列数据便为往整编系统5.0 里录入的数据。

图7 多系列流量插补情况

若计算得到的四组数据,经过分析发现均不符合水位流量关系,则需要打开“辅表”查看“插补流量系数”栏中的数据,看该数据是否均在流量计算公式中系数的范围内,若超出了范围,则在系数范围内选取一个数值,运用流态所对应的流量计算公式计算得到一个流量,分析计算得到的流量是否符合水位流量关系,若符合,则该数据便为该日期的插补流量,若不符合则再更换系数进行计算,直到符合水位流量关系为止。插补瞬时流量的辅助表见图8。

图8 插补瞬时流量辅助表

4 整编数据的录入

当水位本完成对水位和流量的整编后,点击功能栏中的“南方片电算加工”下的“2.填制堰闸站完整电算加工表”（若整编的站位河道站,则选择“1.填制河道站完整电算加工表”）便得到“南方片电算表”,将该表中的数据复制到整编系统5.0 中进行整编,水位数据的录入见图9,流量数据的录入见图10。

图9 水位数据的录入

图10 流量数据录入

5 结语

土门楼水文站使用“电子水位本”参与测站的水文资料整编工作,在水位、流量、水温、冰情、闸门启闭等测验项目中成效显著,能够较好地完成年度整编任务。“电子水位本”软件使用简单、界面清晰易懂、功能完善,能够满足水文站的基本工作需求,实现了水文资料在站整编的数字化和自动化,提高了水文资料整编的工作效率和工作质量。各项数值的计算符合水文行业“四舍六入,奇进偶舍”的原则。在廊坊水文中心得到了很好地推广和使用。