梁智杰

（玉林水文中心容縣水文中心站，廣西 容縣 537500）

1 測(cè)站基本概況

容縣水文站建于1951年11月，地處廣西容縣容城鎮(zhèn)容廂村，是國(guó)家基本水文站、北流河中游唯一控制站，集水面積2831 km2，轄區(qū)多年平均年降水量1 616.6 mm，由東南向西北遞減，年際變化不均勻。測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目有降水、水位、流量、水溫、岸溫、蒸發(fā)、水質(zhì)，目前已實(shí)現(xiàn)雨量、水位、流量、岸溫的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。一直以來(lái)，蒸發(fā)量的監(jiān)測(cè)采取每日一段制（每日8時(shí)）人工觀測(cè)。為推進(jìn)水文監(jiān)測(cè)要素全自動(dòng)化，容縣水文站于2017年4月安裝了YY-ZF-01A型數(shù)字水面蒸發(fā)站，并與E601型人工蒸發(fā)皿進(jìn)行對(duì)比觀測(cè)分析。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成、原理及計(jì)算方法

2.1 組成部分

YY-ZF-01A型數(shù)字式水面蒸發(fā)站系統(tǒng)（以下稱(chēng)“蒸發(fā)站”或“系統(tǒng)”）由KYDM-F型數(shù)字水面蒸發(fā)計(jì)（以下稱(chēng)蒸發(fā)計(jì)）、JD01 型數(shù)字雨量計(jì)（以下稱(chēng)雨量計(jì)）、自動(dòng)補(bǔ)水裝置、采集控制器（以下稱(chēng)采集器）、上位機(jī)系統(tǒng)、供電系統(tǒng)組成（見(jiàn)圖1）。

圖1

2.2 工作原理

本蒸發(fā)站系統(tǒng)以蒸發(fā)計(jì)、雨量計(jì)、溢流桶為基本觀測(cè)工具，以采集器自動(dòng)采集、處理、顯示蒸發(fā)、降水、自動(dòng)控制蒸發(fā)桶、排水過(guò)程。采集器通過(guò)RS485/232 通信接口分別與上位機(jī)系統(tǒng)、數(shù)傳通信機(jī)（RTU）連接，利用系統(tǒng)配套的應(yīng)用軟件可以實(shí)現(xiàn)水面蒸發(fā)過(guò)程信息的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)及資料整編入庫(kù)。

蒸發(fā)桶水位高度應(yīng)保持在水位標(biāo)志線(xiàn)上。無(wú)降水日時(shí)，采集器自動(dòng)采集蒸發(fā)桶內(nèi)水面高度變化計(jì)算蒸發(fā)量。每當(dāng)蒸發(fā)桶內(nèi)水面高度降至約定值時(shí)（水位標(biāo)志線(xiàn)以下10 mm，終端機(jī)設(shè)置中SYS Config1 的AW 為水位標(biāo)志線(xiàn)），采集器在觀測(cè)日分界時(shí)刻（水文分界日為8：00，氣象分界日為20：00）控制補(bǔ)水泵工作，給蒸發(fā)桶補(bǔ)水，使桶中水位恢復(fù)至水位標(biāo)志線(xiàn)高度，然后，以補(bǔ)水后穩(wěn)定水面的高度作為起測(cè)點(diǎn)，測(cè)量下一時(shí)段的蒸發(fā)量。

在降水日，當(dāng)蒸發(fā)桶水位升高至約定值（水位標(biāo)志線(xiàn)以上10 mm）時(shí)，采集器驅(qū)動(dòng)電磁閥門(mén)關(guān)閉，記錄此時(shí)的水面高度，溢流泵工作排出測(cè)井中的水，當(dāng)測(cè)井中的水面下降到一定高度時(shí)，溢流泵停止工作，采集器記錄此時(shí)的水面高度，此時(shí)記錄器計(jì)算此次排水的高度差，從而根據(jù)測(cè)井的橫截面積計(jì)算出此次的溢流量，記錄器再打開(kāi)電磁閥，等待下次溢流。

2.3 計(jì)算方法及過(guò)程

依據(jù)《水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范》（SL630-2013）及國(guó)家氣象局《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》（GB/T35237-2017）規(guī)定，蒸發(fā)量的計(jì)算公式為：蒸發(fā)量=（蒸發(fā)桶水位起算值-蒸發(fā)桶水位測(cè)量值）×1.1+降水量-溢流量?？珊?jiǎn)化表示為：QF=（W0-Wt）+Qj-Qy，式中：QF為水面蒸發(fā)量，mm；Wt為測(cè)量時(shí)刻t的蒸發(fā)桶水位，mm；W0為起算時(shí)刻的蒸發(fā)桶水位，mm；Wt、W0值由YY-ZF-01A 型數(shù)字水面蒸發(fā)計(jì)自動(dòng)測(cè)量；Qj為被測(cè)時(shí)段內(nèi)的降水量，由YY-ZF-01A 型數(shù)字雨量計(jì)提供，mm；Qy為被測(cè)時(shí)段內(nèi)的溢流量，由測(cè)井自動(dòng)測(cè)量，mm。

3 監(jiān)測(cè)資料對(duì)比分析情況

采取人工觀測(cè)的方式計(jì)算出每日蒸發(fā)量與蒸發(fā)站系統(tǒng)所計(jì)算出每日蒸發(fā)量進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)匯總分別對(duì)兩者相對(duì)應(yīng)日期的日蒸發(fā)量、旬蒸發(fā)量、月蒸發(fā)量、年蒸發(fā)量進(jìn)行對(duì)比分析，從而探討YY-ZF-01A型數(shù)字水面蒸發(fā)站在容縣水文站的實(shí)用性。與此同時(shí)，也通過(guò)人工觀測(cè)降雨量與該蒸發(fā)站所監(jiān)測(cè)的降雨量進(jìn)行對(duì)比，研究?jī)烧呓涤晗嚓P(guān)性。

3.1 降雨量資料分析

儀器自2017年4月安裝后，儀器設(shè)備運(yùn)行相對(duì)正常，監(jiān)測(cè)資料連續(xù)穩(wěn)定，降雨量資料采用2018年1月～2019年9月的人工觀測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)同步觀測(cè)的降雨量資料進(jìn)行分析。通過(guò)數(shù)據(jù)分析統(tǒng)計(jì)，2018年1月～2019年9月期間，降雨量誤差大于±4%有129 d，占總降雨天數(shù)的42.0%；自動(dòng)監(jiān)測(cè)2018年1月～2019年9月期間的總降雨量為3 082.3 mm，比人工觀測(cè)的年降雨量3 269.6 偏少5.73%。人工觀測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)的降雨量誤差略偏大。

將人工觀測(cè)的日雨量與自動(dòng)監(jiān)測(cè)的日雨量資料進(jìn)行繪制散點(diǎn)圖（見(jiàn)圖2）。由圖1可見(jiàn)，人工觀測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)的雨量資料點(diǎn)子密集，呈直線(xiàn)趨勢(shì)，建立人工觀測(cè)降雨量x與自動(dòng)監(jiān)測(cè)降雨量y的回歸直線(xiàn)方程，2018年1月～2019年9月期間，兩者的相關(guān)方程為y=1.0 593x+0.0 935，相關(guān)系數(shù)為R2=0.9 893，說(shuō)明兩種觀測(cè)方式取得的降雨量資料點(diǎn)子存在相關(guān)關(guān)系，且關(guān)系密切。

圖2 容縣站自動(dòng)蒸發(fā)站雨量與人工觀測(cè)雨量相關(guān)性圖

3.2 蒸發(fā)量對(duì)比分析

3.2.1 蒸發(fā)量對(duì)比分析過(guò)程

采用2018年1月～2019年9月自動(dòng)監(jiān)測(cè)與人工觀測(cè)蒸發(fā)量資料進(jìn)行對(duì)比分析。在匯總數(shù)據(jù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，2018年共出現(xiàn)20 d自動(dòng)蒸發(fā)數(shù)值為0情況，共出現(xiàn)10 d 冒大數(shù)情況（日蒸發(fā)量大于7 mm 認(rèn)定為冒大數(shù)），其中6月份出現(xiàn)了8 d冒大數(shù)及1 d數(shù)值為0；2019年1～9月出現(xiàn)23 d數(shù)值為0，7 d出現(xiàn)冒大數(shù)情況，其中4月出現(xiàn)故障較頻繁，共13 d數(shù)值為0，兩天冒大數(shù)。出現(xiàn)以上原因主要是2018年的6月以后電磁閥、補(bǔ)水閥門(mén)出現(xiàn)漏水、滲水情況，致使蒸發(fā)桶內(nèi)經(jīng)常性的自動(dòng)補(bǔ)水以及排水，從而造成自動(dòng)蒸發(fā)站所監(jiān)測(cè)的蒸發(fā)數(shù)據(jù)明顯變大或者造成程序計(jì)算紊亂作0 處理，另外一個(gè)原因是由于降蒸一體化接收查詢(xún)軟件的不成熟，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算錯(cuò)誤的現(xiàn)象。針對(duì)以上原因，2019年4月份聯(lián)系廠(chǎng)家更換了新的電磁閥以及補(bǔ)水閥門(mén)。以上出現(xiàn)冒大數(shù)以及為自動(dòng)蒸發(fā)為0 的數(shù)值，為避免對(duì)分析過(guò)程造成影響，在對(duì)比過(guò)程中，人工觀測(cè)與自動(dòng)蒸發(fā)站的日蒸發(fā)量均按0處理。

經(jīng)剔除異常數(shù)值后的蒸發(fā)數(shù)據(jù)對(duì)比分析見(jiàn)圖3和表1。

表1 容縣水文站自動(dòng)蒸發(fā)站監(jiān)測(cè)與人工監(jiān)測(cè)日、旬、月、累計(jì)蒸發(fā)量對(duì)比分析誤差表

3.2.2 蒸發(fā)量對(duì)比分析結(jié)果

通過(guò)圖2可發(fā)現(xiàn)，2018年 1月～2019年 9月期間蒸發(fā)站與人工觀測(cè)的的日蒸發(fā)量?jī)烧叩南嚓P(guān)方程為y=0.8 375x+0.5 253，相關(guān)系數(shù)為R2=0.7 212，說(shuō)明兩者相關(guān)關(guān)系較差，日蒸發(fā)量的對(duì)比相對(duì)誤差較大；通過(guò)表1、表2、表3 發(fā)現(xiàn)，相對(duì)誤差小于或等于5%的日、旬、月蒸發(fā)量占比分別為14.01%、25.40%、52.38%，年蒸發(fā)量相對(duì)誤差為2.28%及2018年1月～2019年總蒸發(fā)量相對(duì)誤差2.03%。對(duì)比可明顯發(fā)現(xiàn)，2018年1月～2019年9月期間，自動(dòng)蒸發(fā)站監(jiān)測(cè)與人工監(jiān)測(cè)的月、年累計(jì)蒸發(fā)量相對(duì)誤差逐步減小，YY-ZF-01A型數(shù)字水面蒸發(fā)站的月蒸發(fā)量與年蒸發(fā)量可用于資料整編，滿(mǎn)足規(guī)范要求。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著水文現(xiàn)代化的推進(jìn)，水文巡測(cè)模式的改變，水文監(jiān)測(cè)全自動(dòng)化勢(shì)在必行，自動(dòng)蒸發(fā)站在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也在逐步完善，新儀器設(shè)備的應(yīng)用也會(huì)逐步推開(kāi)。

從本次使用YY-ZF-01A 型數(shù)字水面蒸發(fā)站與人工觀測(cè)的月蒸發(fā)量以及年蒸發(fā)量對(duì)比分析數(shù)據(jù)來(lái)看，該蒸發(fā)站在容縣水文站具有較強(qiáng)的實(shí)用性，值得推廣應(yīng)用。