孫亞文

摘 要：蒸發(fā)量的自動監(jiān)測一直是水文氣象自動化建設的一大難題，全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)是一種集補水溢流、定時稱重、適時計算、及時傳輸為一體的全新系統(tǒng)，在廣東地區(qū)石骨水文站安裝應用后，同傳統(tǒng)水面觀測的蒸發(fā)量作對比，獲得了大量的比測數(shù)據(jù)。通過對系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運行的可靠性、數(shù)據(jù)的精度以及存在的問題進行研究分析，得出結(jié)論全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)在理論精度較高的同時能實現(xiàn)蒸發(fā)及雨量的可靠測量，具備代替人工蒸發(fā)及雨量測量的潛力，可以在廣東地區(qū)推廣應用。

關鍵詞：稱重式 蒸發(fā)系統(tǒng) 誤差分析 蒸發(fā)量

1.引言

水面蒸發(fā)觀測是水文要素觀測的重要組成部分，為探索水體的水面蒸發(fā)及蒸發(fā)能力在不同地區(qū)及時間上的變化規(guī)律，為水文氣象預報、水資源評價、水文模型確定等科學研究提供科學依據(jù)，以便合理利用水資源。近年來隨著科技進步，水文信息化技術(shù)快速發(fā)展，廣東水文對降雨量、水位、流量的觀測基本已實現(xiàn)自動監(jiān)測，而水面蒸發(fā)量與水位、降水、流量等水文參數(shù)一樣，是水文測驗中的一項重要參數(shù)，因此實現(xiàn)水面蒸發(fā)量的自動監(jiān)測對廣東地區(qū)有著極其重要的理論和現(xiàn)實意義。

2.全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成及工作原理

全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)是由天宇利水根據(jù)SL 630-2013《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》自主研發(fā)的創(chuàng)新型產(chǎn)品，該系統(tǒng)由控制箱、稱重蒸發(fā)儀、補水溢流系統(tǒng)、稱重式雨量計四部分組成，依據(jù)傳統(tǒng)E601蒸發(fā)皿基礎上通過連通器的原理，測量不受風雨影響，采用高精度精密稱重傳感器實現(xiàn)對蒸發(fā)量的測量，蒸發(fā)精度可達到0.01mm，觀測時間最小可達30分鐘。該儀器默認的工作模式是“24h”模式，即蒸發(fā)每隔24小時觀測一次，每次的觀測時間為早上8：00。系統(tǒng)內(nèi)置9種工作模式，包括8種常規(guī)工作模式和加測模式，能夠看出一天內(nèi)的蒸發(fā)過程圖。根據(jù)測量數(shù)據(jù)，中心站管理軟件可自動生成蒸發(fā)、雨量標準報表，可獨立輸出雨量、蒸發(fā)年報表。通訊中斷本地存儲數(shù)據(jù)可達10年，可以本地拷貝，通訊恢復自動上傳服務器。引進全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)取代了人工值守觀測，實現(xiàn)了水面蒸發(fā)量的全自動采集、記錄、存儲，其相較于現(xiàn)有的測量方式而言，測量精度更高，配合通信模塊，很方便地實現(xiàn)遠距離數(shù)據(jù)遙測。

3.應用實例及誤差分析

3.1石骨水文站概況

石骨水文站是國家重點水文站，設于鑒江一級支流曹江上，集水面積5 0 9k m2，占流域面積的58.2%。石骨水文站于1959年4月由廣東省水文總站（現(xiàn)廣東省水文局）設立為水文站，屬于水庫站兼區(qū)域代表站，是二類精度水文站。主要觀測項目有降水量、水位、流量和蒸發(fā)量，水位、降水量觀測采用遙測自動記錄觀測，流量采用水文纜道流速儀法，蒸發(fā)量采用每日08：00定時進行人工觀測，并計算日蒸發(fā)量。由于人工觀測不僅費力耗時，容易帶來觀測誤差，而且不便于遙測傳輸，為此石骨水文站于2017年7月率先在廣東地區(qū)引進全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)，期間人工觀測與全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)觀測同步進行。由于儀器安裝和調(diào)試問題，儀器在7月份處在試運行階段，信號存在中斷，而從2017年8月開始，設備運行狀態(tài)良好，在此期間經(jīng)歷熱帶風暴“天鴿”、“帕卡”等強降雨天氣，考慮數(shù)據(jù)分析的連續(xù)性和完整性，故采用2017年8月～2018年1月作為分析資料。

3.2實測資料數(shù)據(jù)對比分析

3.2.1月降雨量誤差分析

全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)雨量觀測測分辨率必須達到0.1 mm，通過對2017年8月～2018年1月的稱重式雨量計與人工觀測雨量進行了數(shù)據(jù)比對（見表1），月降雨總量絕對誤差控制在±10mm以內(nèi)，相對誤差控制在±3.5%以內(nèi)，說明稱重式雨量計測量精度較高，可以用于全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)的雨量觀測。

3.2.2日蒸發(fā)量誤差分析

全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)觀測采用2017年8月～2018年1月的日蒸發(fā)量數(shù)據(jù)進行分析（見表2），誤差≤±1.0mm達92.9%，誤差>1.0mm僅7.1%，日蒸發(fā)量最大誤差為2.2mm。

3.2.3月蒸發(fā)量誤差分析

全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)采用2017年8月～2018年1月的各月蒸發(fā)總量數(shù)據(jù)進行分析[4]（見表3），月蒸發(fā)總量最大絕對誤差-8.1mm，月蒸發(fā)總量最小絕對誤差-0.5，相對誤差基本控制在±8%以內(nèi)。從以上的比測成果的分析結(jié)果可以看出，全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)與人工觀測的蒸發(fā)量誤差較小，符合觀測技術(shù)要求。

從表1～表3可以看出，全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)與人工觀測的方法對同一地測量觀測所得的日、月蒸發(fā)量誤差小，符合《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》的技術(shù)要求。這說明全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)的測量結(jié)果在理論精度較高的同時能實現(xiàn)蒸發(fā)及雨量的可靠測量，具備代替人工蒸發(fā)及雨量測量的潛力，同時從8月23日至24日及9月25日至30日等較大降雨量測量的結(jié)果可以看出，強降雨時并不影響全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)的測量結(jié)果。

4.結(jié)論

石骨水文站屬于廣東省水資源流域特性的典型代表，全自動稱重式蒸發(fā)系統(tǒng)的成功引入，不但能極大地提高測站測報能力和測報精度，而且能使工作效率和成果質(zhì)量、時效性大為提高，這將是轉(zhuǎn)變思想，規(guī)范管理，加快發(fā)展，進一步解放勞動和生產(chǎn)力，提高工作效率，提升測報能力的重要措舉。隨著對測驗斷面測報能力的提升，進一步提高水文流量測驗的能力和水平，多措施并舉，著力推動測報管理方式全面向巡測轉(zhuǎn)變，減輕了在站監(jiān)測工作量的同時也實現(xiàn)了更加規(guī)范的、更為現(xiàn)代化的水資源監(jiān)測管理工作，為廣東省水文氣象預報、水資源評價等科學研究提供科學依據(jù)，使水文監(jiān)測緊跟時代前進，適應經(jīng)濟發(fā)展，為防災減災決策及時、準確提供科學依據(jù)。

參考文獻：

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[2]黃江輝，丁奕，許偉強.一種自動蒸發(fā)器的應用試驗分析.浙江水利科技.2015（5）：99-103.

[3]周明華，黃俊，黃新平.FFZ-01Z型數(shù)字式水面自動蒸發(fā)站的實際應用.資源節(jié)約與環(huán)保.2015年第3期.107-112.

[4]阮川平，韋廣龍.ZFZ-01數(shù)字式水面蒸發(fā)自動站在南寧水文站的應用.廣西水利水電. 42-44.