江西省水文数据库检索系统设计与实现

摘要：水文数据库检索系统是为了适应水文水利信息化、计算机技术和江西省水文局资料管理的发展需要，其在江西省水文工作中，实现了水文监测数据的录入、存储、分析统计、查询、管理、输出等过程，为水文部门分析及管理提供准确的数据，同时也为社会相关部门科学研究等提供可靠依据。本文旨在提出水文数据库检索系统的软件项目的设计与实现。

Abstract： Hydrological database retrieval system is to adapt to the informationization of the hydrology and water conservancy， computer technology and the data management development needs of Jiangxi hydrology bureau. It implements the entry， storage， analysis， statistics， query， management and output process of hydrological monitoring data in the hydrology work of Jiangxi Province， and provides accurate data for hydrologic department′s analysis and management， and also provides reliable basis for social scientific research and other related department. This article aims to put forward the design and implementation of hydrological database retrieval system software project.

关键词：水文资料；信息检索；数据库

Key words： hydrological data；information retrieval；database

中图分类号：TP392 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2015）30-0225-03

1 水文数据检索系统的基本情况

1.1 研究的目的及意义

江西省水文数据库检索系统是全省水文基础数据存储、集中交换和综合服务的中心，是实现水利信息资源开发利用的基础。随着科技和信息技术的不断发展，基础水文数据库将随着科技进步不断提高自身的质量，不断提高维护管理与社会服务水平，跃上新的台阶，这是不容置疑的。目前，鄱阳湖生态经济建设被提升为国家重要战略，鄱阳湖水利枢纽工程建设的前期论证工作需要大量的水文信息资源，为保护鄱阳湖“一湖清水”江西省广大的水文工作者长期坚持不懈收集的水文信息资源得不到充分利用，建立江西省水文数据库检索是服务于鄱阳湖生态经济建设的重要保证。

1.2 存在问题

国家基础水文数据库江西节点水文数据系列长度为82年（1930-2013年），按照原来的水文数据库3.0表结构标准，数据库共有32种表，近50万站年数据，目前水文数据库数据存在的主要问题：一是与中央水文数据库无缝对接，需将3.0表结构数据格式转换为4.0表结构数据格式，此项工作需花大量的时间；二是入库数据质量不高，特别是1988年之前的数据质量不高，尚不能满足入库要求；三是需对部分缺漏数据进行补录，确保水文数据资料的连续和完整；四是虽然投入专项经费，对数据库数据进行了分段检查，但仍有部分入库数据质量达不到数据库应用标准；部分数据缺漏以及一些基本信息表没有建立等。

针对江西省水文系统各单位的电脑普及情况，系统开发平台选用Windows XP，开发工具上优先选择、Access2000、Microsoft SQL Server 2000等。本系统的实现重点是考虑数据查询、检索的方便性，模块功能的完整性，数据录入、输出及操作的简便易行性。

2 水文数据检索系统设计

2.1 系统需求分析

江西省水文数据检索系统是一项功能众多、结构复杂、涉及多种测站类型、观测项目庞杂的软件系统工程[3]，总的来说有以下几个方面。

2.1.1 软件设计要求

①应执行中华人民共和国行业标准《水文资料整编规范》。②软件设计应具有良好的通用性、可扩展性和可维护性。③软件设计的先进性，要适应大量信息传输、处理、交换的需要，解决系统与其他监测数据接口的无缝连接。④充分考虑该省暴雨洪水以及测验条件、测验手段等方面的特点，增强软件的适应性，适应江西省水文监测数据管理的特殊要求。

2.1.2 软件功能要求

①根据国家基础水文数据库建设发展情况，应增加3.0与基础水文数据库表结构转换功能，实现与中央水文数据库无缝对接；②由于数据均由测站人员或是各市局从事测资人员进行操作，所以数据入库界面应采用中文界面，使其简单实用、清晰直观，便于操作与管理；③根据情况适时增加特征值统计功能，特别是旬表类特征值统计；④根据该省暴雨洪水特点增加逐日降水等对照检查；⑤同时为了满足水文资料整编需要，增加实测大断面等图的综合对照检查功能；⑥应具有报错及异常数据预警功能。

2.1.3 系统运行环境要求

硬件环境：586以上微机、内存64M以上，打印机（激光打印机）

软件环境：Windows98/Me/NT或Windows 2000/XP

数据库管理系统为SQL Server 2000

2.2 系统总体架构

江西省水文数据库检索系统主要包括基础水文数据库管理子系统、水文数据查询子系统、水文特征值统计子系统、水文数据合理性检查子系统和水文数据图形子系统的开发建设。设计的水文数据库检索系统总体结构模块如图1所示。

2.3 水文数据库检索系统的功能设计

2.3.1 功能设计

结合江西水文的实际情况，尽可能地满足基础水文数据专业管理、防汛减灾、政府决策、水利规划设计、水资源综合开发利用管理和社会公众服务实际需要，数据库检索系统功能设计主要满足以下功能：

①数据维护。水文基础数据的增加、删除、修改、校核等操作功能，可以进行批量录入、批量导入、批量修改删除等操作。②数据浏览查询。对水文基础数据库的所有业务数据进行精确匹配查询、模糊查询、逐项浏览等，即通过测站编码、河名、站名等对水文测站站点分布、基本信息、资料年限等信息进行查询。③数据统计分析。依据不同业务算法对不同测站的水文基础数据进行统计分析，生成需要的数据序列。④数据调用输出。针对查询分析结果生成各类标准表项，并能通过EXCEL等表格转出。⑤图形图像。绘制出各测站的水位过程线、实测大断面等图，同时可以对数据进行校核修改，而不需要到数据库中进行修改。

2.3.2 功能模块

2.3.2.1 水文数据管理子系统

主要完成对江西省基础水文数据库的日常管理和维护，完成对数据库水文数据的录入、删除和修改，以及进行数据的导入/导出、3.0表结构数据格式与4.0表结构数据格式的数据相互转换和数据备份等操作，另外还可以直接删除库中重复数据，提高我省水文数据质量。

2.3.2.2 水文数据查询子系统

本子系统主要功能分为反映逐日数值的逐日表、反映瞬时变化过程的摘录表、反映实测内容的实测类表、月年统计表四大功能模块，为广大用户提供直观便捷的操作界面，如图2所示。

①逐月表模块。本模块主要为反映逐日数值及月年统计值的逐日表，分为逐日平均水位表、逐日平均流量表、逐日平均含沙量表、逐日平均输沙率表、逐日降水量表、逐日水温表、逐日蒸发量表等。②摘录表模块。本模块主要为反映瞬时变化过程的摘录表，分为洪水水位要素摘录表、洪水水文要素摘录表、洪水含沙量摘录表、降水量摘录表四大项。③实测表模块。本模块主要为反映实测内容的实测类表，分为实测流量成果表、实测大断面成果表、实测悬移质输沙率成果表、实测悬移质颗粒级配成果表、实测悬移质单样颗粒级配成果表等。④月年统计表模块。本模块主要为水流沙的月年统计表，分为输沙率月年统计表、水温月年统计表、月年悬移质颗粒级配成果表等。

2.3.2.3 水文资料特征值统计子系统

本子系统基于水文数据管理、水文数据检索子系统的基础上，经过提取、加工、计算得到各测站的水位、流量、泥沙、降水等要素的极值。根据水文要素可分为水流沙特征值、降水量特征值、蒸发量特征值三大模块。

①水流沙特征值统计模块。在该模块下可以对水位、流量、含沙量、输沙率进行极值统计。②降水量特征值统计模块。在该模块下主要对降水量进行特征值统计。根据我省降水特点主要划分为年降水量统计、日时段最大降水量统计、分钟时段最大降水量统计、小时时段最大降水量统计等。③蒸发量特征值统计模块。在该模块下主要对蒸发量进行极值统计。

2.3.2.4 水文资料的合理性检查子系统

水文资料的合理性检查是水文资料整汇编的一个重要步骤，本子系统采用各种图表来检验资料成果是否符合水文要素的变化规律，以便发现和处理差错。为水文资料的审查和整汇编提供智能化辅助分析审查环境，在该环境下对水位资料、流量资料、降水量资料、悬移质泥沙颗粒级配等资料进行单站合理性检查、综合合理性检查等，并生成误差统计表。

在该子系统下，建立图形与数据库系统之间的动态连接，使用户在使用其功能模块时，可查询到与之相应的水文数据库中的数据，以图形和报表方式直观进行各种水文要素综合对比检查、单站合理性检查、综合合理性检查等。

2.3.2.5 水文资料的图形绘制子系统

该子系统主要功能是生成水文资料图形，绘制某测站观测项目（水位、流量、含沙量）的过程线，如水位关系线、水位流量关系线、含沙量过程线等等，还可以生成历年实测大断面成果图进行查看。

2.4 水文数据库检索系统用户界面设计

系统主界面主要由菜单栏、工具栏、数据查询区、系统功能区和文本编辑区等组成（见图3）。

根据各个功能模块使用需要，一般功能模块做成单文档界面，依附于软件系统主界面，如水文数据检索、水文资料特征值统计等。但从实际角度出发，为了更好地直观指导测站测验工作的作用，水位过程性、水位流量关系曲线等图形处理模块，应做成多文档界面。

2.5 数据库设计

数据库既要使其总体结构具有较高的易管理性、可扩展性、安全性，同时又要保证水文数据的有效、可靠、完整、完全，并在功能结构先进合理，操作使用灵活方便的同时，为其它子系统提供转换接口功能[4]。

2.5.1 数据库建设步骤

①按照《基础水文数据库表结构及标识符标准》（SL324-2005）要求在数据库服务器上建立水文数据库。主要信息包括：测站信息、日表信息、摘录信息、月年统计信息、实测成果信息、时段统计信息及注释信息等。②资料收集：收集已有的历史水文资料的信息。③资料整合：通过编制程序和手工结合的方式，对收集的所有水文资料完成非标准结构的格式调整。④资料检查及入库：将整合的数据批量入库，再进行合理性和一致性检查；检查后选择合适的数据库连接，将数据库结构生成到相应的数据库内。

数据库建库流程如图4所示。

2.5.2 数据收集和入库

①数据收集。对于这些来自各设区市的数据，因为数据量较大如果全部由省局负责其可靠性、完整性、准确性的话，基本上是不可能实现的。因此，必须明确由各数据上报单位为责任主体，校验和检查其汇交的数据资料并对这些资料的可靠性、完整性和准确性负责。②建立数据汇交监督机制。除第一次汇交数据外，以后每年在各地水文资料整编完成以后，都需要各单位及时将有关站点资料上报省水文数据中心。省水文数据中心应对各市水文局及相关工程管理部门报送的数据情况进行检查和核对。具体包括按时报送情况、准确报送情况、报告检查的错误情况，并在每年5月各单位资料汇交情况，以此敦促各单位及时上报水文数据。③明确汇交数据资料的范围、时间和具体格式。在数据收集工作开展前，应对各市水文局或工程管理部门下达数据汇交任务，明确规定各自应上报的数据范围、时间和具体数据格式。各种数据应遵守的技术规范，保障集中的数据完整、统一、没有歧义。

3 总结和展望

3.1 总结

江西省水文数据库检索系统是以该省水文数据查询检索等问题为开发对象，运用先进的计算机软件技术，建立智能化的、可视化的、集成化的支持水文数据管理工作各个环节的水文数据库检索系统，以实现该省不同类型水文测站、不同观测项目资料整合的统一化、规范化和操作的简单化。该系统能使各级水文数据检索工作效益和水平有明显的提高，达到了：

①能将3.0数据表结构与4.0进行很好的对接；②能有效提高水文资料调用工作效率；③能方便地进行各项水文资料单站合理性检查、综合性合理性检查；④方便地进行图形与水文数据库双向查询、交叉查询，提供强大的信息支持和全方位管理；⑤能支持水文资料的统计分析、特征值分析和其它相关分析，生成新的水文资料序列。

最终达到了对水文水资源数据快速统计分析及维护。

3.2 进一步展望

随着现代社会和水文技术的发展，日益庞大的水文信息只会更加不相适用，因此，完善的水文数据库检索系统必须涉及水文的各个领域，更好地为国民经济生产服务。增加对地下水、水质等数据资料的数据录入整合等功能，使水文数据库检索系统功能日趋完善。增加对历年水文整编成果的指定某一时段或某一条件的分析查询功能，如对历年降水满足特定条件的测站进行分析归纳、提取某水文要素进行频率分析计算等等，以满足区域水文特性分析。

参考文献：

[1]余达征，史金松.江西水文数据库系统研究[J].河海大学学报，1992（5）.

[2]罗秀满.计算机及网络技术在水文数据库中的应用[J].地下水，2000（6）.

[3]孙昌爱等.软件体系结构研究综述[J].软件学报，2002，13（7）.

[4]朱国增.水文资料电算整编与水文数据库建设综述[J].广西水利水电，2007（6）：58-60.

[5]江西省水文局，江西水系[M].长江出版社，2007.