晉坪水文站人工與自動水文蒸發觀測結果比測分析

黃 敏，楊小鳳，殷 勇，龍 斌，劉環球

（江西省宜春水文局，江西 宜春 336000）

近年來，隨著經濟社會及科技的快速發展，水文觀測手段有了很大改進，目前已在全省范圍內實現了降水量采集、傳輸、處理自動化，國內蒸發自動觀測技術研發也取得突破。但尚未全面掌握該設備的準確性、穩定性、適用性等情況，非常有必要進行對比觀測和分析研究，充分掌握設備性能和使用維護方法，為進一步完善和推廣水面蒸發自動測報技術、實現蒸發歷史資料有效延續奠定基礎[1]。為了更好地研究和推廣自動蒸發觀測技術的應用，結合宜春水文局比測試驗站點—晉坪水文站實際情況，通過從2017年1月至今的比測試驗，積累了近一年的比測數據，并進行對比分析。

1 晉坪水文站情況

晉坪水文站于1965年冬設立，集水面積304 km2，屬二類精度站，位于奉新縣上富鎮高坪村晉坪組，是南潦河區域代表站。觀測項目有水位、流量、降水量、蒸發。觀測場周圍地勢為南高北低，北面為稻田，南面為山谷、稻田，西面是站房；東面為高坡雜林。土質山地為粘土，菜地、稻田為沙壤土。場地高程：黃海基面約100 m。晉坪水文站多年平均降雨量為1921.0 mm，多年平均蒸發量為596.7 mm，歷年最大日降雨量為222.9 mm，出現在1977年6月14日；歷年最大日蒸發量為6.4 mm，出現在2013年8月13日。

觀測場內主要儀器設備有直立式雨量器、虹吸式自記雨量計、E601型人工觀測蒸發器、JY.FFZ-1型遙測水面蒸發器。晉坪水文站觀測場及儀器位置見圖1。

圖1 晉坪水文站觀測場及儀器位置圖

2 比測資料

收集了2017年1月19日至2017年12月31日共287天人工觀測蒸發、降水量數據，自動蒸發、蒸發配套降水量數據，虹吸式雨量計降水量數據（虹吸雨量數據從5月19號開始使用）。收集的人工觀測及試驗資料真實可靠，可用于比對分析。

3 誤差分析方法

3.1 差值

比測差值為測量值減真實值的差值，為自動與人工觀測值之間差異的指標，計算公式如下：

式中：Δi為i日/月/年人工與自動蒸發觀測系統降雨量比測、蒸發量比測、及自動蒸發觀測系統液位精度實驗比測的差值；Zi為i日/月/年自動蒸發觀測系統降雨量觀測值、蒸發量觀測值、及自動蒸發觀測系統液位精度實驗自動液位觀測值；Li為i日/月/年人工蒸發觀測系統降雨量觀測值、蒸發量觀測值、及自動蒸發觀測系統液位精度實驗人工觀測值。

3.2 相對誤差

比測相對誤差為絕對誤差除以真實值，即自動與人工觀測之絕對誤差除以人工觀測值[2]，計算公式如下：

式中：δi為i日/月/年人工與自動蒸發觀測系統降雨量比測、蒸發量比測、及自動蒸發觀測系統液位精度實驗比測的相對誤差；Δi為i日/月/年人工與自動蒸發觀測系統降雨量比測、蒸發量比測、及自動蒸發液位精度實驗比測的絕對誤差；Li為i日/月/年人工蒸發觀測系統降雨量觀測值、蒸發量觀測值、及自動蒸發觀測系統液位精度實驗比測人工觀測值。

3.3 人工與自動蒸發觀測一致率分析

一致率，即對比觀測時間內人工、自動水面蒸發比測絕對誤差小于1.0 mm的天數，占總觀測天數的百分比。

式中：Y為自動與人工水面蒸發觀測一致率，%；y為自動與人工水面蒸發觀測絕對誤差小于1.00mm的天數；P總為自動或人工水面蒸發觀測總有效天數。

4 結果分析

4.1 差值分析

將晉坪水文站2017年1月19日至12月31日收集的共287天（其中1月19日開始傳送數據,3月16日起至5月13日,自動蒸發儀器出現故障，沒有數據，故不參加比測分析）人工觀測蒸發量和自動蒸發觀測值進行比測分析，計算絕對誤差和相對誤差。見表1、圖2。

表1 晉坪站2017年人工、自動水面蒸發比測差值分布表

圖2 晉坪站2017年人工、自動水面蒸發比測差值分布圖

由表1、圖2可知，人工和自動觀測的蒸發差值主要集中在-1.0 mm～1.0 mm之間，而無雨日則更為集中。其中以誤差值在-0.2 mm～0.2 mm之間的天數居多。P＞50 mm最大，天數百分比達到50%；25 mm＜P≤50 mm次之，天數百分比為46%；0＜P≤25 mm最小，天數百分比僅為37%。即在水文觀測中，對于降雨量0＜P≤25 mm時人工與自動觀測蒸發誤差最小，均不影響觀測準確性；當降雨量P＞50 mm時二者之間誤差較大，對測量數據精確度影響較大。因此，在水文蒸發測量工作中，應根據降雨量大小選擇適當的觀測方式。

4.2 人工與自動蒸發觀測一致性分析

統計晉坪站2017年1月19日至12月31日人工和自動蒸發觀測值絕對誤差小于1.0 mm的天數，計算月、年一致率，見表2。

表2 晉坪站2017年人工、自動蒸發觀測一致率分析

由表2可知，2017年晉坪站人工與自動蒸發觀測值的月一致率最高為1月、3月、5月、6月，一致率均為100%；最低為9月份為80.0%；達到80%以上的有11個月，其余1個月一致率是80.0%；全年總觀測天數為287天，一致270天，一致率為94.1%。造成這種現象的原因主要是7、8、9月份降雨量較大，人工與自動水文蒸發觀測的誤差值較大，導致水文蒸發觀測數據一致率交底。符合誤差分析結果規律。

5 結論及建議

本次水文觀測過程中，通過對287天蒸發量的統計，發現晉坪水文站的水文觀測結果誤差小于等于0.5 mm的有226天，占78.7%：誤差小于等于1.0 mm的有271天，占總天數的94.4%：誤差大于1.0 mm的有16天，占總天數的5.57%。全年蒸發數據關系較集中，有較好的單值對應關系,但仍需繼續增加對比觀測。

根據目前情況，加強系統運行情況監察及人工觀測，改進自動蒸發數據網上查詢系統，以便可以隨時在網絡平臺監測本站的自動蒸發數據，對于有疑義的數據可以當即查找原因并及時解決，為水文研究提供更加可靠的數據。