全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)在廣東地區(qū)應(yīng)用的可行性研究

孫亞文

摘 要：蒸發(fā)量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)一直是水文氣象自動(dòng)化建設(shè)的一大難題，全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)是一種集補(bǔ)水溢流、定時(shí)稱(chēng)重、適時(shí)計(jì)算、及時(shí)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(yīng)用后，同傳統(tǒng)水面觀測(cè)的蒸發(fā)量作對(duì)比，獲得了大量的比測(cè)數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、運(yùn)行的可靠性、數(shù)據(jù)的精度以及存在的問(wèn)題進(jìn)行研究分析，得出結(jié)論全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)在理論精度較高的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)及雨量的可靠測(cè)量，具備代替人工蒸發(fā)及雨量測(cè)量的潛力，可以在廣東地區(qū)推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：稱(chēng)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(cè)是水文要素觀測(cè)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(shí)間上的變化規(guī)律，為水文氣象預(yù)報(bào)、水資源評(píng)價(jià)、水文模型確定等科學(xué)研究提供科學(xué)依據(jù)，以便合理利用水資源。近年來(lái)隨著科技進(jìn)步，水文信息化技術(shù)快速發(fā)展，廣東水文對(duì)降雨量、水位、流量的觀測(cè)基本已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，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(cè)驗(yàn)中的一項(xiàng)重要參數(shù)，因此實(shí)現(xiàn)水面蒸發(fā)量的自動(dòng)監(jiān)測(cè)對(duì)廣東地區(qū)有著極其重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

2.全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)的系統(tǒng)組成及工作原理

全自動(dòng)稱(chēng)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(cè)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(chēng)重蒸發(fā)儀、補(bǔ)水溢流系統(tǒng)、稱(chēng)重式雨量計(jì)四部分組成，依據(jù)傳統(tǒng)E601蒸發(fā)皿基礎(chǔ)上通過(guò)連通器的原理，測(cè)量不受風(fēng)雨影響，采用高精度精密稱(chēng)重傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)蒸發(fā)量的測(cè)量，蒸發(fā)精度可達(dá)到0.01mm，觀測(cè)時(shí)間最小可達(dá)30分鐘。該儀器默認(rèn)的工作模式是“24h”模式，即蒸發(fā)每隔24小時(shí)觀測(cè)一次，每次的觀測(cè)時(shí)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(cè)模式，能夠看出一天內(nèi)的蒸發(fā)過(guò)程圖。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)，中心站管理軟件可自動(dòng)生成蒸發(fā)、雨量標(biāo)準(zhǔn)報(bào)表，可獨(dú)立輸出雨量、蒸發(fā)年報(bào)表。通訊中斷本地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)可達(dá)10年，可以本地拷貝，通訊恢復(fù)自動(dòng)上傳服務(wù)器。引進(jìn)全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)取代了人工值守觀測(cè)，實(shí)現(xiàn)了水面蒸發(fā)量的全自動(dòng)采集、記錄、存儲(chǔ)，其相較于現(xiàn)有的測(cè)量方式而言，測(cè)量精度更高，配合通信模塊，很方便地實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離數(shù)據(jù)遙測(cè)。

3.應(yīng)用實(shí)例及誤差分析

3.1石骨水文站概況

石骨水文站是國(guó)家重點(diǎn)水文站，設(shè)于鑒江一級(jí)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(shè)立為水文站，屬于水庫(kù)站兼區(qū)域代表站，是二類(lèi)精度水文站。主要觀測(cè)項(xiàng)目有降水量、水位、流量和蒸發(fā)量，水位、降水量觀測(cè)采用遙測(cè)自動(dòng)記錄觀測(cè)，流量采用水文纜道流速儀法，蒸發(fā)量采用每日08：00定時(shí)進(jìn)行人工觀測(cè)，并計(jì)算日蒸發(fā)量。由于人工觀測(cè)不僅費(fèi)力耗時(shí)，容易帶來(lái)觀測(cè)誤差，而且不便于遙測(cè)傳輸，為此石骨水文站于2017年7月率先在廣東地區(qū)引進(jìn)全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)，期間人工觀測(cè)與全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)觀測(cè)同步進(jìn)行。由于儀器安裝和調(diào)試問(wèn)題，儀器在7月份處在試運(yùn)行階段，信號(hào)存在中斷，而從2017年8月開(kāi)始，設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)良好，在此期間經(jīng)歷熱帶風(fēng)暴“天鴿”、“帕卡”等強(qiáng)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(shí)測(cè)資料數(shù)據(jù)對(duì)比分析

3.2.1月降雨量誤差分析

全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)雨量觀測(cè)測(cè)分辨率必須達(dá)到0.1 mm，通過(guò)對(duì)2017年8月～2018年1月的稱(chēng)重式雨量計(jì)與人工觀測(cè)雨量進(jìn)行了數(shù)據(jù)比對(duì)（見(jiàn)表1），月降雨總量絕對(duì)誤差控制在±10mm以?xún)?nèi)，相對(duì)誤差控制在±3.5%以?xún)?nèi)，說(shuō)明稱(chēng)重式雨量計(jì)測(cè)量精度較高，可以用于全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)的雨量觀測(cè)。

3.2.2日蒸發(fā)量誤差分析

全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)觀測(cè)采用2017年8月～2018年1月的日蒸發(fā)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析（見(jiàn)表2），誤差≤±1.0mm達(dá)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(dòng)稱(chēng)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(jìn)行分析[4]（見(jiàn)表3），月蒸發(fā)總量最大絕對(duì)誤差-8.1mm，月蒸發(fā)總量最小絕對(duì)誤差-0.5，相對(duì)誤差基本控制在±8%以?xún)?nèi)。從以上的比測(cè)成果的分析結(jié)果可以看出，全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)與人工觀測(cè)的蒸發(fā)量誤差較小，符合觀測(cè)技術(shù)要求。

從表1～表3可以看出，全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)與人工觀測(cè)的方法對(duì)同一地測(cè)量觀測(cè)所得的日、月蒸發(fā)量誤差小，符合《水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范》的技術(shù)要求。這說(shuō)明全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果在理論精度較高的同時(shí)能實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)及雨量的可靠測(cè)量，具備代替人工蒸發(fā)及雨量測(cè)量的潛力，同時(shí)從8月23日至24日及9月25日至30日等較大降雨量測(cè)量的結(jié)果可以看出，強(qiáng)降雨時(shí)并不影響全自動(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)的測(cè)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(dòng)稱(chēng)重式蒸發(fā)系統(tǒng)的成功引入，不但能極大地提高測(cè)站測(cè)報(bào)能力和測(cè)報(bào)精度，而且能使工作效率和成果質(zhì)量、時(shí)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(jìn)一步解放勞動(dòng)和生產(chǎn)力，提高工作效率，提升測(cè)報(bào)能力的重要措舉。隨著對(duì)測(cè)驗(yàn)斷面測(cè)報(bào)能力的提升，進(jìn)一步提高水文流量測(cè)驗(yàn)的能力和水平，多措施并舉，著力推動(dòng)測(cè)報(bào)管理方式全面向巡測(cè)轉(zhuǎn)變，減輕了在站監(jiān)測(cè)工作量的同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了更加規(guī)范的、更為現(xiàn)代化的水資源監(jiān)測(cè)管理工作，為廣東省水文氣象預(yù)報(bào)、水資源評(píng)價(jià)等科學(xué)研究提供科學(xué)依據(jù)，使水文監(jiān)測(cè)緊跟時(shí)代前進(jìn)，適應(yīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，為防災(zāi)減災(zāi)決策及時(shí)、準(zhǔn)確提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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