FFZ-01Z自动蒸发站在石梁河水库水文站的应用分析

周佳华，朱佳奕，张巧丽

(1.江苏省水文水资源勘测局连云港分局，江苏 连云港 222000；2.江苏鸿源招标代理有限公司，南京 221000)

0 前 言

石梁河水库水文站位于淮河流域沭河水系新沭河中游，站址位于江苏省东海县石梁河镇石梁河水库，自然地理坐标E118°52′，N34°46′。该站主要监测水位、流量、降水量、含沙量、水温、水质等水文要素。水文站蒸发观测设备为E601型蒸发器，每天8:00定时人工观测方式，为推进水文测报方式改革，提升蒸发量观测的现代化水平，江苏省水文水资源勘测局连云港分局于2020年在该站安装1套FFZ-01Z自动蒸发站系统，以实现蒸发量的自动观测、存储及远程传输，完成蒸发量的在线实时监测。

本次研究通过对2021年2—6月FFZ-01Z自动蒸发站与E601水面蒸发器的日蒸发量进行比测，得到150d的自动监测日蒸发量与人工观测日蒸发量比测成果，并进行误差分析，找出差异原因，对下一步比测工作提出合理化建议。

1 自动蒸发站组成及原理

1.1 自动蒸发站组成

FFZ-01Z型自动水面蒸发站依据中华人民共和国水利部《水面蒸发观测规范》(SL603-2013)标准制造，适用于无冰期自动观测水面蒸发过程。该蒸发系统以自动蒸发计和自计雨量计为基本观测单元，通过传感器自动采集蒸发皿和自计雨量计储水桶内的液面变化，通过电磁泵自动控制蒸发皿溢流和排水过程。传感器采集数据后经RS485/232通信接口上传至数传通信机(RTU)，原始数据经数传通信机处理获得蒸发量、雨量、溢流量、加水量等成果数据，再利用GPRS/CDMA传输信道将数据传输至监测中心，通过监测中心采集平台写入遥测数据库。石梁河水库水文站观测场平面布置示意图，见图1；FFZ-01Z型自动水面蒸发站系统组成，见图2。

图1 石梁河水库水文站观测场平面布置示意图

图2 FFZ-01Z型自动水面蒸发站系统组成

1.2 自动蒸发站工作原理

根据《水面蒸发规范》(SL630-2013)，日蒸发量按照公式以下公式计算：

E=P-∑h取-∑h溢+∑h加+(h1-h2)

(1)

式中：E为日蒸发量，mm；P为日降水量，mm；∑h取，∑h加为前一日8时—当日8时各次取出或加入水量之合，mm；∑h溢为 前一日8时—当日8时各次溢流水量之合，mm；h1，h2为上次(前一日)和本次(当日)的蒸发器水面高度，mm。

FFZ-01Z型自动水面蒸发站中日降水量采用JFZ—01型数字雨量计计量，h1，h2由与蒸发计相连静水桶内浮子水位计自动测量得出。∑h溢，∑h加通过对加水、排水期间进水桶内液位变化进行计量得出。自动蒸发站运行期间如需人工取水或加水需进入设备维护状态，影响当日蒸发量自动观测。

2 误差分析

2.1 日蒸发量误差分析

通过对比2021年2—6月FFZ-01Z型自动水面蒸发站与人工观测的日蒸发量，两者相应关系较好，自动蒸发站观测结果总体略<人工观测值，石梁河水库水文站自动站与人工日蒸发量对比图，见图3。比测期间最大误差-1.6mm，最小误差0.0mm，平均误差-0.16mm，误差合计-23.3mm，样本误差呈正态分布。绝对误差≤0.2mm的样本个数占总样本量的44%，绝对误差≤0.4mm的样本个数占总样本量的69%。石梁河水库水文站自动与人工日蒸发量误差分布图，见图4。

2.2 月蒸发量误差分析

2021年2—6月石梁河水库水文站自动蒸发站日蒸发量累计377.4mm，人工观测蒸发量累计400.7mm，日蒸发量误差合计-23.3mm，日蒸发量绝对误差合计63.3mm。自动蒸发站观测最大日蒸发量发生于5月29日，蒸发量7.4mm，最小日蒸发量发生于4月3日，蒸发量0.0mm；人工观测最大日蒸发量发生于6月8日，蒸发量7.6mm，最小日蒸发量发生于2月15日，蒸发量0.2mm。4月自动蒸发站与人工观测相应关系最好，最大、最小日蒸发量发生日期相同，且误差在0.2mm以内。5月自动蒸发站观测误差较大，误差合计-14.4mm，绝对误差合计17mm。月最大日蒸发量观测误差相对较小，3—6月自动站与人工观测发生日期均一致。月最小日蒸发量观测误差相对较大，除4月其余月份发生日期均不相应。

图3 石梁河水库水文站自动站与人工日蒸发量对比图

图4 石梁河水库水文站自动与人工日蒸发量误差分布图

2.3 蒸发量误差与降水量相关性分析

比测期内无雨日112d，有雨日38d，根据表2数据对比分析，自动蒸发站观测误差与降雨无明显相应关系，有雨日、无雨日误差总体相似。2021年2—6月日蒸发量月统计表，见表1；有、无雨日蒸发量误差对比表，见表2。

表1 2021年2—6月日蒸发量月统计表

表2 有、无雨日蒸发量误差对比表

3 误差成因分析

1)自动蒸发站在不同月、不同天气条件下误差范围基本相似，但月最大蒸发量观测误差明显小于月最小蒸发量，由此可以推测自动蒸发站观测误差主要受水位计、雨量计等设备本身观测精度影响。

2)自动蒸发站适用于无冰期蒸发量观测，2月1—5日，自动蒸发站与人工观测误差较大，由于该时间内蒸发皿结冰，人工观测为破冰观测。

4 结论与建议

1)FFZ-01Z型自动水面蒸发站自动化程度较高，可做到无人值守，自动站观测值与人工观测值相应关系总体较好，误差呈正态分布，设备具有一定实用价值。

2)根据比测分析自动蒸发站观测误差主要受设备本身观测精度影响。可对雨量计、水位计进行改造或选用更高精度设备以提高自动蒸发站整体观测精度。

3)由于比测期间仅发生1次暴雨量级降水过程，暴雨、特大暴雨期间比测资料累计不足，需继续积累资料分析降雨对蒸发量自动观测的影响。