全自动称重式蒸发系统在广东地区应用的可行性研究

孙亚文

摘 要：蒸发量的自动监测一直是水文气象自动化建设的一大难题，全自动称重式蒸发系统是一种集补水溢流、定时称重、适时计算、及时传输为一体的全新系统，在广东地区石骨水文站安装应用后，同传统水面观测的蒸发量作对比，获得了大量的比测数据。通过对系统的结构、运行的可靠性、数据的精度以及存在的问题进行研究分析，得出结论全自动称重式蒸发系统在理论精度较高的同时能实现蒸发及雨量的可靠测量，具备代替人工蒸发及雨量测量的潜力，可以在广东地区推广应用。

关键词：称重式 蒸发系统 误差分析 蒸发量

1.引言

水面蒸发观测是水文要素观测的重要组成部分，为探索水体的水面蒸发及蒸发能力在不同地区及时间上的变化规律，为水文气象预报、水资源评价、水文模型确定等科学研究提供科学依据，以便合理利用水资源。近年来随着科技进步，水文信息化技术快速发展，广东水文对降雨量、水位、流量的观测基本已实现自动监测，而水面蒸发量与水位、降水、流量等水文参数一样，是水文测验中的一项重要参数，因此实现水面蒸发量的自动监测对广东地区有着极其重要的理论和现实意义。

2.全自动称重式蒸发系统的系统组成及工作原理

全自動称重式蒸发系统是由天宇利水根据SL 630-2013《水面蒸发观测规范》自主研发的创新型产品，该系统由控制箱、称重蒸发仪、补水溢流系统、称重式雨量计四部分组成，依据传统E601蒸发皿基础上通过连通器的原理，测量不受风雨影响，采用高精度精密称重传感器实现对蒸发量的测量，蒸发精度可达到0.01mm，观测时间最小可达30分钟。该仪器默认的工作模式是“24h”模式，即蒸发每隔24小时观测一次，每次的观测时间为早上8：00。系统内置9种工作模式，包括8种常规工作模式和加测模式，能够看出一天内的蒸发过程图。根据测量数据，中心站管理软件可自动生成蒸发、雨量标准报表，可独立输出雨量、蒸发年报表。通讯中断本地存储数据可达10年，可以本地拷贝，通讯恢复自动上传服务器。引进全自动称重式蒸发系统取代了人工值守观测，实现了水面蒸发量的全自动采集、记录、存储，其相较于现有的测量方式而言，测量精度更高，配合通信模块，很方便地实现远距离数据遥测。

3.应用实例及误差分析

3.1石骨水文站概况

石骨水文站是国家重点水文站，设于鉴江一级支流曹江上，集水面积5 0 9k m2，占流域面积的58.2%。石骨水文站于1959年4月由广东省水文总站（现广东省水文局）设立为水文站，属于水库站兼区域代表站，是二类精度水文站。主要观测项目有降水量、水位、流量和蒸发量，水位、降水量观测采用遥测自动记录观测，流量采用水文缆道流速仪法，蒸发量采用每日08：00定时进行人工观测，并计算日蒸发量。由于人工观测不仅费力耗时，容易带来观测误差，而且不便于遥测传输，为此石骨水文站于2017年7月率先在广东地区引进全自动称重式蒸发系统，期间人工观测与全自动称重式蒸发系统观测同步进行。由于仪器安装和调试问题，仪器在7月份处在试运行阶段，信号存在中断，而从2017年8月开始，设备运行状态良好，在此期间经历热带风暴“天鸽”、“帕卡”等强降雨天气，考虑数据分析的连续性和完整性，故采用2017年8月～2018年1月作为分析资料。

3.2实测资料数据对比分析

3.2.1月降雨量误差分析

全自动称重式蒸发系统雨量观测测分辨率必须达到0.1 mm，通过对2017年8月～2018年1月的称重式雨量计与人工观测雨量进行了数据比对（见表1），月降雨总量绝对误差控制在±10mm以内，相对误差控制在±3.5%以内，说明称重式雨量计测量精度较高，可以用于全自动称重式蒸发系统的雨量观测。

3.2.2日蒸发量误差分析

全自动称重式蒸发系统观测采用2017年8月～2018年1月的日蒸发量数据进行分析（见表2），误差≤±1.0mm达92.9%，误差>1.0mm仅7.1%，日蒸发量最大误差为2.2mm。

3.2.3月蒸发量误差分析

全自动称重式蒸发系统采用2017年8月～2018年1月的各月蒸发总量数据进行分析[4]（见表3），月蒸发总量最大绝对误差-8.1mm，月蒸发总量最小绝对误差-0.5，相对误差基本控制在±8%以内。从以上的比测成果的分析结果可以看出，全自动称重式蒸发系统与人工观测的蒸发量误差较小，符合观测技术要求。

从表1～表3可以看出，全自动称重式蒸发系统与人工观测的方法对同一地测量观测所得的日、月蒸发量误差小，符合《水面蒸发观测规范》的技术要求。这说明全自动称重式蒸发系统的测量结果在理论精度较高的同时能实现蒸发及雨量的可靠测量，具备代替人工蒸发及雨量测量的潜力，同时从8月23日至24日及9月25日至30日等较大降雨量测量的结果可以看出，强降雨时并不影响全自动称重式蒸发系统的测量结果。

4.结论

石骨水文站属于广东省水资源流域特性的典型代表，全自动称重式蒸发系统的成功引入，不但能极大地提高测站测报能力和测报精度，而且能使工作效率和成果质量、时效性大为提高，这将是转变思想，规范管理，加快发展，进一步解放劳动和生产力，提高工作效率，提升测报能力的重要措举。随着对测验断面测报能力的提升，进一步提高水文流量测验的能力和水平，多措施并举，着力推动测报管理方式全面向巡测转变，减轻了在站监测工作量的同时也实现了更加规范的、更为现代化的水资源监测管理工作，为广东省水文气象预报、水资源评价等科学研究提供科学依据，使水文监测紧跟时代前进，适应经济发展，为防灾减灾决策及时、准确提供科学依据。

参考文献：

[1]中华人民共和国水利行业标准.SL 630—2013水面蒸发观测规范[S].北京：中国水利水电出版社，2013.

[2]黄江辉，丁奕，许伟强.一种自动蒸发器的应用试验分析.浙江水利科技.2015（5）：99-103.

[3]周明华，黄俊，黄新平.FFZ-01Z型数字式水面自动蒸发站的实际应用.资源节约与环保.2015年第3期.107-112.

[4]阮川平，韦广龙.ZFZ-01数字式水面蒸发自动站在南宁水文站的应用.广西水利水电. 42-44.