開墾河水文站FFH100型自動蒸發(fā)設(shè)備與人工觀測比測分析

寧 波

(昌吉水文勘測局,新疆 昌吉 831100)

方面工作。

0 引言

蒸發(fā)是水文循環(huán)的主要環(huán)節(jié)之一,是重要的水文監(jiān)測要素。水面蒸發(fā)資料為防汛抗旱、水資源管理、生態(tài)文明建設(shè)等提供了重要支撐和依據(jù)。隨著時代發(fā)展,為提高水文觀測站自動化監(jiān)測水平,逐步實(shí)現(xiàn)水文觀測自動化、精準(zhǔn)化和無人化要求,采用水文蒸發(fā)自動化監(jiān)測設(shè)備勢在必行。FFH100 型自動蒸發(fā)裝置是目前比較先進(jìn)的設(shè)備,能夠自動監(jiān)測蒸發(fā)量,極大地提高監(jiān)測效率[1]。該自動監(jiān)測設(shè)備自2019年開始已經(jīng)在新疆昌吉市開墾河水文站安裝運(yùn)行,為檢驗(yàn)設(shè)備性能,本文對2019-2022年開墾河水文站FFH100型自動蒸發(fā)設(shè)備與人工觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計比測,對比測結(jié)果進(jìn)行分析,以評估FFH100型自動蒸發(fā)設(shè)備測量的準(zhǔn)確性。

1 開墾河水文站概況

1.1 測站基本情況

開墾河水文站設(shè)于1956年10月,位于昌吉市奇臺縣七戶鄉(xiāng)七戶一村,地理位置:東經(jīng):89°51′06.29″,北緯:43°35′33.05″,集水面積371 km2,河長34 km。開墾河水文站為國家基本水文站,屬二類精度水文站,屬省級重要水文站和中央報汛站,開墾河發(fā)源于天山東段北坡,徑流的主要補(bǔ)給源為大氣降水、中低山帶的季節(jié)性積雪融水、地下水以及高山冰川融水。

1.2 蒸發(fā)器設(shè)施的設(shè)立情況

開墾河站氣象蒸發(fā)場位于出山口地帶,海拔高度1 502 m,氣象蒸發(fā)場規(guī)格為16 m×20 m,觀測場距離建筑物約40 m。為盡快實(shí)現(xiàn)水文工作自動化、信息化,適應(yīng)現(xiàn)代社會對水文測驗(yàn)的要求,降低野外測驗(yàn)人員工作強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)水文測驗(yàn)資料監(jiān)測自動化[2]。開墾河站于2019年安裝FFH100型自動蒸發(fā)設(shè)備,經(jīng)過對設(shè)備不斷調(diào)試、升級,目前觀測數(shù)據(jù)可同步傳輸至昌吉水文勘測局服務(wù)器。

2 FFH100型自動蒸發(fā)設(shè)備運(yùn)行狀況

2.1 蒸發(fā)器的安裝

開墾河站FFH100型自動蒸發(fā)2019年布設(shè)在氣象場內(nèi),位于人工觀測E601型蒸發(fā)器旁。2020年開始比測,整編資料以人工觀測資料整編[3]。

2.2 主要技術(shù)參數(shù)

FFH100型自動蒸發(fā)式一種具有較高可靠性和測量分辨率的水面蒸發(fā)傳感裝置,用于非冰期的蒸發(fā)量測量,適用于各種環(huán)境下水面蒸發(fā)量的測量,儀器整體分辨率為0.1 mm,提供無線遠(yuǎn)傳和發(fā)報功能。本套設(shè)備具有主動溢流功能,使蒸發(fā)桶液位保持相對穩(wěn)定,水位測井配有專用浮子,能有效保證測井中液位的穩(wěn)定可靠,該裝置配有蒸發(fā)專用的雨量計,使裝置在降雨期間能對蒸發(fā)量進(jìn)行計算,其有自動采集與遠(yuǎn)程發(fā)報功能,真正實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)站的無人化[4]。自動水面蒸發(fā)器主要參數(shù)見表1。

表1 自動水面蒸發(fā)器主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)

2.3 日常運(yùn)行維護(hù)措施

每月對自動蒸發(fā)器時行校檢1次,包括儀器電源設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、及儀器的時間等,有校檢記錄。在遇有自動蒸發(fā)器調(diào)試升級或發(fā)現(xiàn)斷網(wǎng)、停電的情況以及其它自動蒸發(fā)器不能正常運(yùn)行的情況下,立即恢復(fù)人工觀測,并記錄原因。

3 比測資料選取

為保證開墾河站蒸發(fā)量比測資料的一致性,FFH100型自動蒸發(fā)設(shè)備布設(shè)在氣象場內(nèi),人工觀測E601型蒸發(fā)器和自動蒸發(fā)器布設(shè)在同一高度。經(jīng)多次現(xiàn)場調(diào)試后,開墾河站于2020年4月10日-9月30日、2021年4月8日-9月30日、2022年4月16日-9月30日進(jìn)行了三年人工與自動蒸發(fā)器比測工作。比測采用同步觀測方法進(jìn)行,每日8時人工觀測蒸發(fā)量時,同時摘錄FFH100型自動蒸發(fā)記錄蒸發(fā)量。本次選取2022年5月1日-9月30日FFH100型自動蒸發(fā)設(shè)備和同步人工觀測蒸發(fā)量比測數(shù)據(jù),從每年蒸發(fā)器解凍后進(jìn)行比測。綜合測站人工觀測收集的氣溫、水汽壓力差、1.5 m風(fēng)速和人工監(jiān)測蒸發(fā)量、FFH100型自動蒸發(fā)監(jiān)測設(shè)備觀測的蒸發(fā)量及降水量資料進(jìn)行最終比測分析。

4 比測成果分析

通過比測分析可知,數(shù)據(jù)與氣溫、水汽壓力差、1.5 m風(fēng)速、FFH100型監(jiān)測蒸發(fā)量和降水量數(shù)據(jù),變化趨勢相似且一致。對人工監(jiān)測E601型蒸發(fā)量觀測與FFH100型自動蒸發(fā)設(shè)備觀測的日值、旬月值和相關(guān)性分析如下。

4.1 日值對比差值分析

將人工觀測蒸發(fā)量減去FFH100型自動蒸發(fā)設(shè)備同步記錄的蒸發(fā)量得到差值,分析兩個蒸發(fā)量變化受外部因素影響程度。根據(jù)收集的資料。分別對人工定時觀測數(shù)據(jù)與FFH100型自動蒸發(fā)設(shè)備記錄蒸發(fā)量進(jìn)行對比差值分析,對比差值在-0.6～0.8之間,FFH100型自動蒸發(fā)設(shè)備運(yùn)行正常,觀測數(shù)值與人工觀測偏差較小(見表2)。

表2 FFH100型自動蒸發(fā)設(shè)備與人工觀測數(shù)值偏差統(tǒng)計

4.2 旬月值對比差值分析

將2022年5-9月人工觀測與FFH100型自動蒸發(fā)觀測蒸發(fā)量旬月值進(jìn)行差異分析,旬月值對比差值較大出現(xiàn)在8月,人工觀測均比自動蒸發(fā)觀測偏低。5-9月最高蒸發(fā)量(人工6.9 mm,自動蒸發(fā)站6.8 mm)對比差值0.1 mm,最低蒸發(fā)量(人工0.2 mm,自動蒸發(fā)站0.2 mm)對比差值0.0 mm(見表3)。

表3 2022年5-9月人工觀測與FFH100型自動蒸發(fā)觀測蒸發(fā)量旬月值統(tǒng)計

4.3 相關(guān)性分析

通過將FFH100型自動蒸發(fā)記錄的蒸發(fā)量和人工同步觀測的蒸發(fā)量數(shù)據(jù)系列建立相關(guān)關(guān)系,分析相關(guān)性和變化是否連續(xù)、有無突變現(xiàn)象。

分別點(diǎn)繪的每日蒸發(fā)量、旬蒸發(fā)量、月蒸發(fā)量與FFH100型自動蒸發(fā)記錄蒸發(fā)量相關(guān)圖,見圖1～圖6,有圖分析可知,兩組數(shù)據(jù)系列變化連續(xù),無突變現(xiàn)象。

圖1 開墾河站2022年人工觀測與自動監(jiān)測蒸發(fā)量相關(guān)圖

圖3 開墾河(三)站2020、2021年人工觀測與自動監(jiān)測蒸發(fā)量相關(guān)圖

圖5 開墾河(三)站人工觀測與自動監(jiān)測旬蒸發(fā)量相關(guān)圖

蒸發(fā)量數(shù)據(jù)密集成一帶狀,均呈線性關(guān)系,相關(guān)性很好,R值分別為日蒸發(fā)量0.9753、旬蒸發(fā)量0.9622、月蒸發(fā)量0.9844。日蒸發(fā)量線性分析與2021年比測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析基本一致,將兩年比測數(shù)據(jù)合并分析,與2021年、2022年比測分析結(jié)果基本一致。

5 結(jié)語

(1)FFH100型自動蒸發(fā)監(jiān)測儀使用的傳感器工作原理與人工觀測蒸發(fā)量在工作原理上是不同的,但自動蒸發(fā)傳感器有較高的分辨率和較大測量范圍,可以觀測到較小的波動,使得監(jiān)測到的的數(shù)據(jù)更加具有代表性。

(2)根據(jù)以上線性相關(guān)分析和對比差值分析兩種方法的分析結(jié)果可知,自動觀測蒸發(fā)數(shù)據(jù)與人工觀測數(shù)據(jù)變化過程具有相似性、連續(xù)性, FFH100型自動蒸發(fā)器可以在測站使用。