降蒸一體化自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在梧州（四）站的應(yīng)用分析

秦釗林，李子星，李創(chuàng)生

（梧州市水文水資源局，廣西 梧州 543001）

降蒸一體化自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在梧州（四）站的應(yīng)用分析

秦釗林，李子星，李創(chuàng)生

（梧州市水文水資源局，廣西 梧州 543001）

簡(jiǎn)述FFZ-01Z型數(shù)字水面蒸發(fā)站組成及工作原理，通過(guò)對(duì)梧州水文站2012年1～12月采用該設(shè)備自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析，結(jié)果：測(cè)驗(yàn)成果符合相關(guān)規(guī)范要求，值得推廣使用。

FFZ-01Z型數(shù)字水面蒸發(fā)站；降水量；降蒸一體化；應(yīng)用

1 地理概況

梧州水文站位于梧州市東郊南岸，地理位置為東經(jīng)111°20′，北緯23°28′，是珠江流域西江水系西江干流的重要控制站，集水面積327 006km2，占西江流域集水面積的94.6％，廣西境內(nèi)85％的徑流量經(jīng)此進(jìn)入廣東境內(nèi)，素有“珠江咽喉”之稱。1900年1月由原梧州海關(guān)設(shè)立，同時(shí)開(kāi)始觀測(cè)水位，1915年開(kāi)始流量測(cè)驗(yàn)，1941年開(kāi)始電報(bào)報(bào)汛和泥沙測(cè)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)不斷發(fā)展，現(xiàn)已成為具備開(kāi)展水位、流量、含沙量、降水、蒸發(fā)、水溫、岸溫、水質(zhì)和墑情等測(cè)驗(yàn)項(xiàng)目齊全的國(guó)家重要水文站、國(guó)家重點(diǎn)報(bào)汛站和水利部重點(diǎn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站。雖然站址幾經(jīng)變遷，但資料保持連續(xù)完整，是西江干流上水文資料系列最長(zhǎng)的水文站之一，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃、城鎮(zhèn)建設(shè)、水利航運(yùn)、道路交通、環(huán)保、測(cè)繪以及水資源規(guī)劃合理開(kāi)發(fā)、優(yōu)化配置、保護(hù)等提供科學(xué)水文數(shù)據(jù)，為梧州市及西江下游各級(jí)政府的防汛抗旱工作提供水文情報(bào)及預(yù)報(bào)。

2 FFZ-01Z型數(shù)字水面蒸發(fā)站組成及工作原理

2.1 蒸發(fā)站組成

梧州水文站使用FFZ-01Z型數(shù)字水面蒸發(fā)站（以下稱水面蒸發(fā)站），其由FFZ-01型數(shù)字水面蒸發(fā)傳感器（以下稱蒸發(fā)計(jì)）、JFZ-01型數(shù)字雨量傳感器（以下稱雨量計(jì)）、溢流傳感器（以下稱溢流桶）、自動(dòng)補(bǔ)水裝置、采集控制器（以下稱采集器）、上位機(jī)系統(tǒng)、電源保證系統(tǒng)7大部分組成（見(jiàn)圖1、2）。

2.2 水面蒸發(fā)站工作原理

依據(jù)《水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范》[1]和《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》[2]規(guī)定，水面蒸發(fā)站蒸發(fā)量的計(jì)算公式為：

式中：QF——水面蒸發(fā)量，當(dāng)其為負(fù)值時(shí)記為0.0，mm；

Wt——測(cè)量時(shí)刻（t）的蒸發(fā)桶水位，mm；

W0——起算時(shí)刻的蒸發(fā)桶水位，mm；

Wt、W0——由FFZ-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計(jì)自動(dòng)測(cè)量；

Qj——被測(cè)時(shí)段內(nèi)的降水量，由JFZ-01型數(shù)字雨量計(jì)提供，mm；

Qy——被測(cè)時(shí)段內(nèi)的溢流量，Qy值由溢流桶自動(dòng)測(cè)量，mm。

無(wú)降水時(shí)，當(dāng)靜水桶水位達(dá)到約定值（水位標(biāo)志線以下10mm）時(shí)，釆集器會(huì)在觀測(cè)日分界時(shí)刻（水文日分界時(shí)刻是8：00，氣象日分界時(shí)刻是20：00）發(fā)命令給蒸發(fā)計(jì)中的電氣控制裝置啟動(dòng)補(bǔ)水裝置內(nèi)的補(bǔ)水泵（潛水泵）抽水經(jīng)通水管對(duì)蒸發(fā)桶、水圈補(bǔ)水，使蒸發(fā)桶水位恢復(fù)至水位標(biāo)志線高度，然后，以補(bǔ)水后的高度作為起測(cè)點(diǎn)，測(cè)量下一時(shí)段的蒸發(fā)量。補(bǔ)水桶與自來(lái)水管連通，由浮球閥控制補(bǔ)水桶的水位以保證補(bǔ)水水源。

有降水時(shí)，當(dāng)靜水桶水位達(dá)到約定值（水位標(biāo)志線以上10mm）時(shí)，釆集器會(huì)發(fā)命令給溢流桶中的電氣控制裝置啟動(dòng)溢流室內(nèi)的進(jìn)水泵把蒸發(fā)桶的水抽到排水桶中，當(dāng)排水桶的水位達(dá)到預(yù)定水位時(shí)，進(jìn)水泵停止抽水，待排水桶內(nèi)的水位穩(wěn)定之后，電氣控制裝置檢測(cè)排水桶內(nèi)的當(dāng)前水位并通過(guò)系統(tǒng)內(nèi)部RS-485通訊總線發(fā)送給采集器，采集器把接受到的當(dāng)前水位與之前記憶的溢流開(kāi)始水位進(jìn)行綜合計(jì)算得到蒸發(fā)桶溢流量。每次檢測(cè)溢流量之后，溢流桶電氣控制裝置啟動(dòng)排水桶內(nèi)的排水泵，將排水桶內(nèi)的水排出，為下次溢流做準(zhǔn)備。同時(shí)蒸發(fā)計(jì)也在測(cè)量蒸發(fā)桶水位，當(dāng)蒸發(fā)器水位達(dá)到水位標(biāo)志線時(shí)，釆集器會(huì)發(fā)命令給電氣控制裝置停止溢流進(jìn)水泵工作，以保證蒸發(fā)桶水位在正常范圍。

圖1 FFZ-01Z型數(shù)字式水面蒸發(fā)站平面位置圖（單位：cm）

圖2 FFZ-01Z型數(shù)字式水面蒸發(fā)站立面展開(kāi)圖（單位：cm）

3 自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)比測(cè)成果分析

梧州水文站于2010年5月中旬開(kāi)始安裝FFZ-01Z型數(shù)字水面蒸發(fā)站，同年6月開(kāi)始試運(yùn)行并開(kāi)始進(jìn)行自動(dòng)與人工對(duì)比觀測(cè)，但由于應(yīng)用軟件、防雷設(shè)施不到位、自動(dòng)水泵、釆集器主板故障、使用熟練度等原因，比測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)性欠佳，直到2011年下半年系統(tǒng)運(yùn)行較為正常，所以選取連續(xù)性好、數(shù)據(jù)齊全的2012年對(duì)比觀測(cè)資料進(jìn)行分析，蒸發(fā)量數(shù)據(jù)以日蒸發(fā)量為基礎(chǔ)進(jìn)行分析。

人工觀測(cè)蒸發(fā)量的計(jì)算公式為：

式中：Q人F——人工觀測(cè)水面蒸發(fā)量，當(dāng)其為負(fù)值時(shí)記為0.0，mm；

W人t——人工觀測(cè)測(cè)量時(shí)刻（t）的蒸發(fā)桶水位，mm；

W人0——人工觀測(cè)起算時(shí)刻的蒸發(fā)桶水位，mm；

Q人j——被測(cè)時(shí)段內(nèi)人工觀測(cè)的降水量，mm；

Q人y——被測(cè)時(shí)段內(nèi)人工觀測(cè)的溢流量，mm；

0.869——蒸發(fā)量換算系數(shù)，即：蒸發(fā)桶器口面積/（蒸發(fā)桶器口面積+靜水桶器口面積）≈0.869；在冰期或只進(jìn)行人工觀測(cè)時(shí)，如果關(guān)閉蒸發(fā)桶與靜水桶間連通的閥門(mén)，則換算系數(shù)為1.0。

本次人工觀測(cè)的降水量、溢流量分別釆用雨量計(jì)、溢流桶自動(dòng)測(cè)量數(shù)據(jù)。自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)比測(cè)日蒸發(fā)量誤差分析成果見(jiàn)表1，自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)比測(cè)月蒸發(fā)量誤差分析成果見(jiàn)表2。

表1 梧州站2012年ZFZ-01數(shù)字式自動(dòng)與人工比測(cè)日蒸發(fā)量誤差統(tǒng)計(jì)表

由表1可知，2012年1至12月自動(dòng)與人工比測(cè)日蒸發(fā)量，誤差≤±0.2mm達(dá)74.8％；誤差≤±0.4mm達(dá)91.2％，誤差≤±0.6mm達(dá)98.4％誤差≥±0.8mm只占了1.4％，最大日蒸發(fā)量誤差為1.0mm。

由表2可知，2012年1至12月自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)比測(cè)月蒸發(fā)量誤差分析，月蒸發(fā)量平均誤差-0.17mm，月最大值最大誤差1.5mm；月最大值平均誤差0.0mm，月最小值最大誤差0.4mm，月最小值平均誤差0.0mm，年蒸發(fā)量誤差-2.0mm，人工與自動(dòng)值相比誤差僅為0.01％。

表2 自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)比測(cè)月蒸發(fā)量誤差分析成果表mm

4 結(jié)論

從上述比測(cè)成果誤差分析可得出：ZFZ-01型數(shù)字式水面蒸發(fā)自動(dòng)觀測(cè)系統(tǒng)觀測(cè)的蒸發(fā)量與人工觀測(cè)的蒸發(fā)量誤差在規(guī)范要求以內(nèi)，符合《水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范》[1]和《地面氣象觀測(cè)規(guī)范》[2]相關(guān)要求，觀測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可靠，可用于水文資料整編使用。

[1] SL630-2013，水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范[S].

[2]QX/T54-2007，地面氣象觀測(cè)規(guī)范（蒸發(fā)觀測(cè)）[S].

（責(zé)任編輯：周 群）

Application of precipitation and evaporation integrated automatic monitoring system at No.4 Wuzhou hydrological station

QIN Zhao-lin,LI Zi-xing,LI Chuang-sheng
（Hydrology and Water Resources Bureau of Wuzhou,Wuzhou 5430001,China）

A brief introduction was made on the composition and working principle of FFZ-01Z type digital water surface evaporation measurement station.This device was applied at Wuzhou hydrological station from January to December of 2012.The observation data out of this automatic measuring device were compared with that of artificial observation,showing this device could provide measuring data in conformity with specifications and should be popularized.

FFZ-01Z type digital water surface evaporation measurement station;precipitation;integrated measurement of precipitation and evaporation;application

P332.1；P332.2

B

1003-1510（2016）04-004-03

2016-01-09

秦釗林（1970-），男，廣西藤縣人，梧州市水文水資源局工程師，學(xué)士，從事水文測(cè)報(bào)及分析計(jì)算。