水文资料整编与水文数据库建设与发展

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1、国内水文资料整编和数据库技术发展综述章树安1,林伟2、吴礼福1(1.水利部水文局,北京,103;2. 四川省水文水资源勘测局，四川 成都,003）摘 要：核心词：水文是水利和国民经济建设与发展重要的基本工作。通过整编的水文资料是水文数据的最后产品,是国家重要的基本信息资源之一。它被广泛应用于防汛抗旱、水利工程规划设计、水资源管理与开发运用、水环保、水科学研究及其她国民经济建设,是不可缺少的基本信息资源。随着经济社会的发展和人民生活水平不断提高,对控制水旱灾害、水环境监测与保护、水土保持与生态、水资源管理等方面规定越来越高,对水文数据分析解决、存储、应用服务也将有较高的规定。本文重要从技术角度，

2、对国内水文资料整编和水文数据库建设与发展作简要回忆与总结。水文资料的整编、汇编是对水文监测数据按流域水系进行解决、加工、分析、记录等复杂的技术过程和人员组织过程。刊印水文年鉴一般需通过资料在站整编、资料审查、复审、汇编、刊印等生产过程。水文年鉴是一种逐年刊印的资料，以统一、科学的图表形式体现出来的成果。内容重要是上年实测的并通过严格整编审查的、普遍需要的基本水文资料，提供水利水电建设、其她国民经济建设及科学研究部门使用。水文年鉴的内容重要涉及：阐明资料，水位、流量、输沙率、泥沙颗粒级配、水温冰凌、水化学、地下水、降水量、蒸发量等资料，已刊布的资料的改正与补充；重要有逐日表、月年登记表、实测成果

3、表、摘录表等。中国的水文测验开始于战国时期，但资料的积累、保存、整编要晚得多,正式观测记录被系统保存下来,开始于19世纪。保存的正规降水量记录，开始于清道光二十一年（1841年，北京),正规的水位记录，开始于清同治四年(年,汉口）。其后，凡开始近代水文观测的站，一般都计算逐日值列出年表。从清末民初开始将多站水文资料汇编刊印，如民国4年,全国经济委员会水利处出版民国2年的全国水文报告，含水文站处，水位站7处的资料。新中国成立后，从1949年开始,在全国范畴内,对历史积存的水文资料，按统一布置和规定,进行系统的整编刊印工作,并在0年代全面完毕。18年,水利部水文局将全国按流域水系统一划分水文资料的

4、卷册范畴,并将逐年资料统一命名为中华人民共和国水文年鉴，全国分0卷94册。16年在编制水文年鉴审编刊印暂行规范时，对原卷册划分进行了调节，调节后全国分1卷74册，并长期维持稳定。199年,发布的水文资料整编规范对原卷册划分作了个别修改,现为10卷5册。至198年止,刊出历史水文资料及水文年鉴共277册。1987年后,某些单位继续刊布水文年鉴,另某些单位将整编成果存入计算机,用打印或复印方式供应，没有刊布水文年鉴,至190年后全国全面停刊水文年鉴。1979年,水利部水文局颁布地下水观测试行规定,地下水资料按省、直辖市、自治区或地区单独刊印,不再列入水文年鉴。1985年,水利电力部颁布水质监测规范

5、,将水质资料单独编为中华人民共和国水文年鉴水质专册。1水文资料整编 资料整编历史与水文年鉴中国的水文测验始于战国时期,但重要为实时需求服务。对于资料的积累、保存、整编的结识则要晚得多，重要从世纪中叶开始。保存正规的降水资料始于141年(北京)；水位资料始于15年(汉口)。其后,凡开始近代水文观测的站,均保存有单站的记录，一般计算逐日值列出年表。199年新中国成立后，在全国范畴内,按统一布置和规定，进行系统的整编刊印工作,并在0年代末期全面形成资料整编工作与技术体系。1949年10月1957年,完毕了对建国前历史积存的水文资料系统整编。1953954年间，水文资料整编工作的组织，逐渐从大行政区的

6、有关机关向省一级水文机构转移;154年后,在治淮委员会的倡导下，履行了“在站整顿”,由基层水文站负责水文资料的初步整编工作。1955年在制定水文测站暂行规范时，将在站整顿规定为测站任务之一;经测站整顿的资料，由测站上级机关组织审查、复审、汇编与刊印。在站整顿的开展，使整编工作常常化,加快了整编进度,并且测验与整编相结合,在整编工作中发现测验中的问题及时改善；后来发展为测站“四随”（随测算、随发报、随整顿、随分析）制度。至50年代末,全国各地基本实现了在站整顿,当年资料可于次年完毕1。18年,水利部水文局将全国按流域水系统一划分水文资料的卷册范畴，并将逐年资料统一命名为中华人民共和国水文年鉴，共

7、分10卷4册;194年,编制水文年鉴审编刊印暂行规范时，对卷册做过一次较大的调节，将同一区域的水位、流量、泥沙、降水、蒸发资料编在一起，调节后全国分1卷7册；19年颁布的水文资料整编规范SL247-1999,对卷册划分做了微调，调节后全国分1卷5册。不同年代水文年鉴卷册划分记录见表1。表1 不同年代水文年鉴卷册划分登记表卷号卷 名5年册数196年册数1999年册数1黑龙江流域水文资料652辽河流域水文资料443海河流域水文资料1067黄河流域水文资料10995淮河流域水文资料866长江流域水文资料2007浙闽台河流水文资料68珠江流域水文资料1210109藏滇国际河流水文资料4221内陆河湖水

8、文资料166总计947475至198年止，刊出历史水文资料及水文年鉴共277册，13.亿组数据。987年后，某些单位继续刊布水文年鉴，另某些单位停刊水文年鉴,将整编成果存入计算机，用打印或复印方式供应，199年后全面停刊。起,开始恢复刊印18册重点地区重点卷册水文年鉴（自水文资料开始)。至底，估计全国合计整编数据量已超过33.2亿组数据。12 整编技术(1)水位资料。水位资料整编工作重要内容:考证水尺零点高程;绘制逐时或逐日平均水位过程线;整编逐日平均水位表和洪水水位摘录表(水位站编制）;进行单站合理性检查。其核心问题是将水尺断面、所用基面和水尺零点高程考证清晰。对因反复进行水准测量、水准平差

9、、基面变换而使本站水准点数据发生变动的状况，从1955年起使用“冻结基面”的措施，历史水位数据不再改动。此措施保持了水位资料的持续性,并始终使用。（）流量资料。流量资料整编的重要内容：编制实测流量成果表和实测大断面成果表;绘制水位流量、水位面积、水位流速关系曲线；水位流量关系曲线分析和检查；水位流量数据整顿;计算整编逐日平均流量表及洪水水文要素摘录表;绘制逐时或逐日平均流量过程线;进行单站合理性检查。其核心环节是水位流量关系的拟定。新中国成立后,国内水文技术人员在广泛吸取前苏联和其她国家经验，并结合中国河流特点，对不稳定的水位流量关系拟定积累了较丰富的经验，使整编技术有了较快发展。流量资料整编

10、重要措施见表2。此外,对于运用水工建筑物测流的流量系数分析,对于实测流量缺少时的插补延长，也积累了丰富的经验。对于冰流量资料,0年代后来,使用冰流量与有关因素关系曲线法整编。有关因素有疏密度、冰厚等。表 流量资料整编重要解决措施登记表类型解决措施一、稳定的水位流量关系曼宁公式 二、不稳定的水位流量关系1. 受冲淤影响的水位流量关系临时曲线法、改正水位法2.受变动回水影响的水位流量关系正常落差法、落差开方根法、落差指数法、理论落差法.受洪水涨落影响的水位流量关系校正因素法4.受水生植物影响的水位流量关系改正系数法、改正水位法受结冰影响的水位流量关系改正系数法、改正水位法6受混合因素影响的水位流量

11、关系连时序法 （3）泥沙资料。 悬移质。悬移质泥沙资料整编的核心是如何推求出断面平均含沙量（或输沙率）变化过程资料。新中国成立后，学习前苏联经验，采用持续施测单位含沙量（简称单沙）,同抽样施测断面平均含沙量（简称断沙)相结合的测验措施。通过单断沙关系曲线，将单沙过程转为断沙过程。推移质。50年代使用单位输沙率断面输沙率关系曲线法、悬移质输沙率推移质输沙率关系曲线法、实测输沙率过程线法等措施进行资料整编。其后，发展了推移质输沙率与水力因素关系曲线法。泥沙颗粒级配。通过建立单位水样颗粒级配与断面平均颗粒级配关系的途径进行整编。 ()降水与蒸发资料。对于降水量资料的摘录措施、记录措施、以及漏测时补救

12、措施等,做过某些摸索和改善。对于测站全年使用不同口径的蒸发器观测的资料,规定有条件的应统一换算为大口径蒸发器资料后进行记录编刊。不能换算的,均按实测资料编入。.3计算机整编在20世纪7年代之前，国内水文资料整编重要是人工计算、摘录、绘制图表和拟定水位流量关系线。从上世纪7年代初中期,长委、黄委等单位用ALGOL-语言开始尝试用计算机进行资料整编。到0年代中后期，在VAX计算机应用FORTRAN语言编程，全国形成了比较系统的整编软件,重要有降水、水位、泥沙、蒸发、流量等要素整编软件,并在全国推广应用。但由于中国大多数河流水位流量关系不稳定、复杂，均需水位流量关系单值化解决，导致流量整编工作复杂，

13、采用的定线措施较多，实现计算机整编难度很大,一般人工定线后,把有关过程和关系的数据录入计算机后,进行整编。到上世纪90年代初期,随着微机普及应用,在OS系统下,应用BASI语言，开发了第二代整编程序。后，长委、安徽、辽宁、山东等水文局组织技术人员开发在WINS系统下应用B和VC第三代整编软件,并获得成功。后，水利部水文局结合年鉴复刊和贯彻新的整编规范需要，分别委托长委和黄委水文局牵头组织开发适合南方片、北方片资料整编需要的统一的整汇编软件。目前南方片整汇编软件已进入推广应用阶段,其重要功能有：S平台功能、系统管理功能、水文资料整编功能、图形解决功能、汇编功能、图形分析及特性值记录功能。同步系统

14、还提供了水位、流量、输沙率、悬移质泥沙颗粒级配、降水量等要素生成各站特性值记录对照表格，便于顾客对某区域各站水文特性值进行分析。功能较为全面、界面和谐，较好的满足了目前水文资料整编生产应用需要。2 水文数据库 水文系统是国内较早开始摸索与实践建立数据库部分之一。19801984年，原水利部水调中心在PDP1144计算机应用DTR软件开始录入重要河流水文特性记录资料，进行了建立水文数据库有关摸索。8年,提出建设全国水文数据库,重要存储通过整编的水文资料（涉及刊印和未刊印的）,并选择有关单位进行试点。考虑到全国水文数据库系统开发应用的复杂性、艰巨性（重要是人工录入已刊印的水文年鉴资料任务巨大)和财

15、力的也许，当时提出的指引思想是：全国水文数据库系统为分布式体系构造的数据库系统,即由中央一级节点、省(市、区）流域机构二级节点和地市三级节点构成。二级节点作为存储数据的实体优先开发应用。在实行过程中拟定为分阶段实行,边建库边服务原则。水文数据库建设历程大体可分为三个阶段:初期建库阶段。9196年,重要进行试点研究、技术准备和年鉴资料组织录入； 初步建成阶段。1997，各二级节点已存储了一定数据量,并开发和推广应用了在C/S构造下查询软件系统； 发展准备阶段。目前，测站编码修订、制定新的数据库表构造和标记符原则、在B/S构造下开发查询软件，对异地数据共享查询进行了试点、编制项目建议书等。1初期建

16、库阶段的技术原则制定及试点研究 (1)测站编码。测站编码采用8位数字代码,分三部分，第1位数字为流域代码，代表流域(地区）序号；第2位两位数字为水系代码，代表水系(分区)的序号；第48位为测站代码，代表测站序号。测站序号的每位数字(即第4位数)隐含测站类型，01表达水文(水位）站，2表达降水(蒸发）站，69备用。 () 数据库表构造方案。库表构造方案设计重要根据水文年鉴水文数据特性和应用需要进行设计,既考虑了应用的需要,同步也考虑了当时计算机性能的限制,通过多次试点和修改，于1994年推出全国通用的“全国水文数据库表构造方案3.版”。表构造分为七类，共60个表。七类表为:测站信息类、日值类、摘

17、录值类、月年记录类、实测值类、时段最大值类、注解类。 （3）标记符表。标记符表涉及表标记符和字段标记符，每一种标记符同步给出中文名和英文名。其命名遵循如下规则： 国际原则有明确规定的，一律按原则执行； 没有原则规定的优先采用老式习惯名称；标记符长度不超过个字符,由字母和数字构成，字母按英语单词缩写规则构造。 （4）录入格式原则。录入格式原则规定了水文资料整编数据和历史水文年鉴数据的录入格式,其重要内容如下：文献命名规则(主文献名和扩展名); 代用符号一览表;数据录入文献的组织; 数据解决程序的编制原则。 (5)其她原则。除以上重要技术原则外,还陆续制定了建库的其她原则，如“磁介质编码试行措施”

18、,“水文数据库验收原则”等。 (6)试点研究。在制定有关原则的同步，对数据库软件选型也作了试点研究，分别用DR、RB、DBS等数据库软件进行试点研究,最后拟定用关系数据库(Oracle)作为建库管理软件。2.2 基本建成阶段990年后，由于各地陆续不刊印水文年鉴,整编后的水文资料以水文数据库方式保存和检索,大大增进了各地水文数据库建设的发展，到195年终全国有9%以上流域和省级水文单位在Va机应用Ocle数据库管理系统达到了初步建成目的（应有年鉴数据录入到数据库）,此后原水利部水文司规定各建库单位在初步建成的基本上,在前实现基本建成的目的。即数据装载量应达到本二级节点前数据总量8%以上,录入误

19、码率不不小于等于万分之一，有相应的查询检索服务系统。由于计算机、数据库和网络技术迅速发展，计算机(服务器)价格性能比大大提高，原购买的Vax机已不适应建库和服务的规定，此后大多数建库单位选用了中低档微机服务器和ys等数据库管理系统作为水文数据库基本建成的硬、软件,1997年开发了基于C/S构造下查询检索软件，并在全国推广应用，推动了水文数据库建设发展。到全国已有%的省(市、区）或流域机构二级节点应用微机服务器和Sybase等管理系统达到了基本建成的规定，全国已录入数据量(含计算机整编数据)800多MB，初步具有了取代原水文年鉴向外服务的能力,基本变化了此前手工解决、刊印保存、手工检索服务的落后

20、方式。少部分单位通过建立的计算机网络，实现了异地数据传播和查询，并且获得了较明显社会和经济效，但中央和地区(市)节点数据库系统没有起步建设。在这个阶段，笔者觉得是水文数据库建设迅速发展阶段,也是应用与服务较好阶段。（1)录入内容及质量控制。目前已录入存储的资料是历年水文年鉴（刊印和未刊印的），共有60种表格类型及有关图形。通过人工录入、校核和开发的计算机程序自动校核，已发现和纠正原年鉴刊印错误多处,有的省如广东、四川等,多达34万条记录,从而使保存在数据库里的资料质量高于原年鉴。(2)查询检索功能及有关软件。基于C/S体系构造开发的查询检索软件，实现了单(多)站，单(多)项等系列数据的检索和异

21、地查询检索(通过广域网，如广东等),使用以便，界面和谐，查询速度较快。输出形式有数据文献、数据表格文献、图形输出;输出成果可以显式、打印、存入介质。某些单位在国家水文数据库建设的同步，还初步研究开发了实用性较强的应用软件(数据的二次加工),如“实时洪水监视与对比分析”、“大水年洪水对比分析”、“等雨量线图绘制”、“站网信息热图构造”等。(）应用服务。可基本替代原水文年鉴数据服务功能，基本满足洪水预报模型的建立、洪水预报方案的编制与修订、旱涝情分析、工程水文设计、水资源评价与管理及有关规划所需的水文资料与信息服务。在19年各地的防洪规划设计中水文数据库发挥了重要作用,既提高了速度，又提高了精度。

22、如山东省在防洪规划设计时,合计查询(含反复查询)数据量达1500MB，如果没有水文数据库是不也许在较短时间实现如此大数据量的查询和应用。3水文数据库技术发展试点阶段9月1日,水利部下发了“有关公开提供公益性水文资料的告知”（水文77号)，决定公开提供的公益性水文资料范畴为实时报汛资料、通过整编的国家基本水文测站的基本水文资料。重要简介水文数据库建设历史与技术发展的过程及成就：80年代中后期-0年代初期试点建设与技术原则的制度；90年代中后期为建设发展期S；后为服务期所获得成就。4 存在的重要问题及措施 资料整编;数据库 编制数据库项目建议书、在不同地区进行逐渐升级改造（东北片试点）B/S,异地

23、共享,编制水利行业技术原则SL24- 展望 水文现代化指引意见规定,贯彻新的技术原则，以实现数据共享为目的参照文献：1 水利部水文司 中国水文志M 北京:中国水利水电出版社，1997. 章树安. 国内水文数据库系统建设回忆及有关问题的建议 水文,（）.3章树安,赵琛. 对基本水文数据库表构造及标记符原则的结识与分析J.水文,(5).4 水利电力部水利司主编水文测验手册(第三册 资料整编和审查).北京：水利出版社，180. 水利部.水文现代化建设指引意见（水文70号）R北京：水利部，.L324-， 基本水文数据库表构造及标记符原则.7 SL7-1999, 水文资料整编规范S SD244-87,

24、水文年鉴编印规范S9 萨师煊,王珊. 数据库系统概论北京：高等教育出版社,.10 章树安，吴礼福，艾萍，林伟，等. 国家水文基本数据库系统工程建设项目建议书R 北京：水利部水文局， .1王珊，等. 数据仓库技术和联机分析解决M. 北京：科学出版社，199.12 王珊, 陈红 数据库系统原理教程M. 北京：清华大学出版社，198.13 Sibrschaz Ai， Stonbakr Mike, Ullmaeffet al ataaseRearch：Achieents ad Opporuniis it 21th Century Forkhpprt on Dataase Syt rh in the fture, 195,59012