湯華敏

（江西省源河工程有限責任公司，江西 南昌 330009）

1 開墾河站基本情況

開墾河是發(fā)源于新疆的內流河，位于新疆北部，流經奇臺東北灌區(qū)。開墾河水文站位于開墾河發(fā)源地沙爾勒克達坂下游30 km，設立于1956 年10 月，屬國家基本二類水文站，是新疆維吾爾自治區(qū)重要的水文站和中央報汛站[1，2]。開墾河水文站氣象場位于出山口地帶，海拔高度1 502 m，規(guī)格為16 m×20 m，觀測場距離建筑物約40 m，區(qū)域代表性較好，能夠對該區(qū)域的風速、降雨量、降雪量、蒸發(fā)量等水文參數進行監(jiān)測。

隨著信息化的發(fā)展，開墾河水文站在逐步進行自動化和智能化技術升級，以取代傳統(tǒng)的人工觀測技術。FFH100 型自動蒸發(fā)裝置是目前比較先進的設備，能夠自動監(jiān)測蒸發(fā)量，大大地提高氣象監(jiān)測效率。為檢驗設備性能，將新測量儀器與傳統(tǒng)的測量方法進行比較，以評估其測量的準確性。

2 FFH100 型自動蒸發(fā)式設備

FFH100 型自動蒸發(fā)式設備，是一種具有較高可靠性和測量分辨率的水面蒸發(fā)傳感裝置，用于非冰期的蒸發(fā)量測量[3]，可適用于各種環(huán)境下水面蒸發(fā)量的測量，儀器整體分辨率為0.1 mm，提供無線遠程傳輸和發(fā)報功能。本套設備具有主動溢流功能，能夠保持蒸發(fā)桶液位相對穩(wěn)定，水位測井配有專用浮子，能有效保證測井中液位的穩(wěn)定可靠。另外，該裝置配有蒸發(fā)專用的雨量計，使裝置在降雨期間能對蒸發(fā)量進行計算。由于其具有自動采集與遠程發(fā)報功能，因此真正實現了蒸發(fā)站的無人化。

3 測量結果對比與分析

3.1 觀測方法

于2020 年4 月8 日對FFH100 型自動蒸發(fā)器進行安裝調試、加水調試，確認FFH100 型自動蒸發(fā)器是否觀測正常。采用調試好的FFH100 型自動蒸發(fā)裝置與傳統(tǒng)的人工觀測方法進行同時測量。觀測時間從2020 年4 月11 日至9 月28 日，共獲得169 d 的蒸發(fā)數據。剔除相對偏差不符合規(guī)范要求的蒸發(fā)數據后，獲得人工觀測66 d 的蒸發(fā)數據，以及自動氣象站測得66 d 的蒸發(fā)數據。觀測過程嚴格按規(guī)范執(zhí)行，數據科學、準確可靠。

3.2 測量結果對比分析

在觀測的時間內，兩種方式測量獲得的部分數據如表1 所示。

表1 開墾河站FFH100 型自動蒸發(fā)裝置與人工觀測對比分析表

續(xù)表

由表1 可知，在2020 年觀測時間內，有效的人工觀測蒸發(fā)天數66 d，總蒸發(fā)量為242.7 mm；同步采用FFH100 型自動蒸發(fā)裝置觀測天數66 d，總蒸發(fā)量為243.3 mm，兩者相差0.6 mm。另外，人工觀測最大蒸發(fā)值為6.1 mm，FFH100 型自動蒸發(fā)裝置的最大蒸發(fā)值為5.9 mm，均發(fā)生在6 月26 日。

3.3 誤差回歸分析

可通過以下四種參數評估兩組數據的相關程度，進行回歸預測。

（1）兩種觀測方法之間的平均絕對誤差Am可按下式計算

式中：Eai——第i 次人工觀測蒸發(fā)值，mm；

Emi——第i 次FFH100 型自動蒸發(fā)裝置觀測值，mm；

N——觀測的總次數。

（2）平均相對誤差Rm可按下式計算

（3）均方根誤差RMES

（4）Person 相關系數Rp

根據表1 測得的數據，采用上述四種方式對兩組數據進行回歸分析。計算結果如表2 所示。

表2 開墾河站FFH100 型自動蒸發(fā)裝置與人工觀測數據回歸分析表

由表2 可知，FFH100 型自動蒸發(fā)裝置觀測與人工觀測數據平均絕對誤差Am僅有0.11 mm，代表離散程度的均方根誤差RMES 為0.13 mm，而兩者的相關性系數Rp達到了0.995。均方根誤差越接近于0，Person 相關系數Rp越接近于1，表明兩組數據差異很小。因此，使用FFH100 型自動蒸發(fā)裝置在開墾河站測量的蒸發(fā)值，能夠較為準確地反映實際情況。FFH100型自動蒸發(fā)器裝置和人工同步觀測的蒸發(fā)數據系列，如圖1 所示。

圖1 開墾河站FFH100 自動蒸發(fā)裝置與人工觀測蒸發(fā)值相關圖

從圖中可以看出FFH100 自動蒸發(fā)裝置與人工觀測兩者獲得的數據相關性非常好，證明FFH100 型自動蒸發(fā)裝置觀測數據值較為可靠。增長規(guī)律呈現出線性增長的趨勢，可通過下列的公式線性表示

式中：Em——率定蒸發(fā)值，mm；

Ea——FFH100 自動蒸發(fā)裝置測得值，mm。

兩者線性擬合的相關程度R2為0.990 2，相關性很好。因此經過相關關系公式（5）率定后，FFH100 型自動蒸發(fā)裝置觀測值能夠較為準確的反映蒸發(fā)情況，誤差達到0.0 mm，與人工觀測蒸發(fā)值非常接近，滿足《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》[4]要求，相關關系公式合理，可作為本站FFH100 型自動雨量器蒸發(fā)量修正使用。

綜上所述，FFH100 型自動蒸發(fā)器安裝、調試準確后，在保證電源充足、設備不發(fā)生故障和無特殊天氣的情況下，與人工觀測蒸發(fā)數據非常接近，絕對誤差小，可以替代人工觀測，但冬季和大雨天氣情況下還需采用人工觀測。

5 結論與建議

為驗證FFH100 自動蒸發(fā)裝置在自動觀測蒸發(fā)值方面的準確程度，在開墾河水文觀測站使用FFH100自動蒸發(fā)裝置與人工觀測同步的測量當地蒸發(fā)值，共獲得66 d 的有效數據。通過數據分析可得出以下結論：

（1）兩組數據呈現較為嚴格的線性相關規(guī)律，相關性達0.995。

（2）數據定量分析表明FFH100 自動觀測值與人工觀測值的平均絕對誤差僅有0.11 mm，平均相對誤差為6.3%，代表離散程度的均方根誤差為0.13 mm，而兩者的相關性系數Rp達到了0.995，滿足《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》要求，證明自動觀測值數據較為準確可靠。

（3）FFH100 自動蒸發(fā)裝置觀測值，可通過給出的線性關系曲線率定代替人工觀測，實現無人化和自動化測量。

此外，建議FFH100 型自動蒸發(fā)裝置每隔25 d 調試一次，且根據天氣情況，不定期校檢，保證資料的準確性、連續(xù)性。之后，可進一步探索FFH100 型自動蒸發(fā)裝置在冬季和大雨天觀測的方法。