全自動稱重式蒸發系統在廣東地區應用的可行性研究

孫亞文

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

關鍵詞：稱重式 蒸發系統 誤差分析 蒸發量

1.引言

水面蒸發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及蒸發能力在不同地區及時間上的變化規律，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，以便合理利用水資源。近年來隨著科技進步，水文信息化技術快速發展，廣東水文對降雨量、水位、流量的觀測基本已實現自動監測，而水面蒸發量與水位、降水、流量等水文參數一樣，是水文測驗中的一項重要參數，因此實現水面蒸發量的自動監測對廣東地區有著極其重要的理論和現實意義。

2.全自動稱重式蒸發系統的系統組成及工作原理

全自動稱重式蒸發系統是由天宇利水根據SL 630-2013《水面蒸發觀測規范》自主研發的創新型產品，該系統由控制箱、稱重蒸發儀、補水溢流系統、稱重式雨量計四部分組成，依據傳統E601蒸發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對蒸發量的測量，蒸發精度可達到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，即蒸發每隔24小時觀測一次，每次的觀測時間為早上8：00。系統內置9種工作模式，包括8種常規工作模式和加測模式，能夠看出一天內的蒸發過程圖。根據測量數據，中心站管理軟件可自動生成蒸發、雨量標準報表，可獨立輸出雨量、蒸發年報表。通訊中斷本地存儲數據可達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系統取代了人工值守觀測，實現了水面蒸發量的全自動采集、記錄、存儲，其相較于現有的測量方式而言，測量精度更高，配合通信模塊，很方便地實現遠距離數據遙測。

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（現廣東省水文局）設立為水文站，屬于水庫站兼區域代表站，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，蒸發量采用每日08：00定時進行人工觀測，并計算日蒸發量。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月率先在廣東地區引進全自動稱重式蒸發系統，期間人工觀測與全自動稱重式蒸發系統觀測同步進行。由于儀器安裝和調試問題，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，設備運行狀態良好，在此期間經歷熱帶風暴“天鴿”、“帕卡”等強降雨天氣，考慮數據分析的連續性和完整性，故采用2017年8月～2018年1月作為分析資料。

3.2實測資料數據對比分析

3.2.1月降雨量誤差分析

全自動稱重式蒸發系統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據比對（見表1），月降雨總量絕對誤差控制在±10mm以內，相對誤差控制在±3.5%以內，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系統的雨量觀測。

3.2.2日蒸發量誤差分析

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

3.2.3月蒸發量誤差分析

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

從表1～表3可以看出，全自動稱重式蒸發系統與人工觀測的方法對同一地測量觀測所得的日、月蒸發量誤差小，符合《水面蒸發觀測規范》的技術要求。這說明全自動稱重式蒸發系統的測量結果在理論精度較高的同時能實現蒸發及雨量的可靠測量，具備代替人工蒸發及雨量測量的潛力，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果可以看出，強降雨時并不影響全自動稱重式蒸發系統的測量結果。

4.結論

石骨水文站屬于廣東省水資源流域特性的典型代表，全自動稱重式蒸發系統的成功引入，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量、時效性大為提高，這將是轉變思想，規范管理，加快發展，進一步解放勞動和生產力，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變，減輕了在站監測工作量的同時也實現了更加規范的、更為現代化的水資源監測管理工作，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，使水文監測緊跟時代前進，適應經濟發展，為防災減災決策及時、準確提供科學依據。

參考文獻：

[1]中華人民共和國水利行業標準.SL 630—2013水面蒸發觀測規范[S].北京：中國水利水電出版社，2013.

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

[3]周明華，黃俊，黃新平.FFZ-01Z型數字式水面自動蒸發站的實際應用.資源節約與環保.2015年第3期.107-112.

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