FFZ-01Z自動(dòng)蒸發(fā)站在石梁河水庫(kù)水文站的應(yīng)用分析

周佳華，朱佳奕，張巧麗

(1.江蘇省水文水資源勘測(cè)局連云港分局，江蘇 連云港 222000；2.江蘇鴻源招標(biāo)代理有限公司，南京 221000)

0 前 言

石梁河水庫(kù)水文站位于淮河流域沭河水系新沭河中游，站址位于江蘇省東?？h石梁河鎮(zhèn)石梁河水庫(kù)，自然地理坐標(biāo)E118°52′，N34°46′。該站主要監(jiān)測(cè)水位、流量、降水量、含沙量、水溫、水質(zhì)等水文要素。水文站蒸發(fā)觀測(cè)設(shè)備為E601型蒸發(fā)器，每天8:00定時(shí)人工觀測(cè)方式，為推進(jìn)水文測(cè)報(bào)方式改革，提升蒸發(fā)量觀測(cè)的現(xiàn)代化水平，江蘇省水文水資源勘測(cè)局連云港分局于2020年在該站安裝1套FFZ-01Z自動(dòng)蒸發(fā)站系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)量的自動(dòng)觀測(cè)、存儲(chǔ)及遠(yuǎn)程傳輸，完成蒸發(fā)量的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

本次研究通過(guò)對(duì)2021年2—6月FFZ-01Z自動(dòng)蒸發(fā)站與E601水面蒸發(fā)器的日蒸發(fā)量進(jìn)行比測(cè)，得到150d的自動(dòng)監(jiān)測(cè)日蒸發(fā)量與人工觀測(cè)日蒸發(fā)量比測(cè)成果，并進(jìn)行誤差分析，找出差異原因，對(duì)下一步比測(cè)工作提出合理化建議。

1 自動(dòng)蒸發(fā)站組成及原理

1.1 自動(dòng)蒸發(fā)站組成

FFZ-01Z型自動(dòng)水面蒸發(fā)站依據(jù)中華人民共和國(guó)水利部《水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范》(SL603-2013)標(biāo)準(zhǔn)制造，適用于無(wú)冰期自動(dòng)觀測(cè)水面蒸發(fā)過(guò)程。該蒸發(fā)系統(tǒng)以自動(dòng)蒸發(fā)計(jì)和自計(jì)雨量計(jì)為基本觀測(cè)單元，通過(guò)傳感器自動(dòng)采集蒸發(fā)皿和自計(jì)雨量計(jì)儲(chǔ)水桶內(nèi)的液面變化，通過(guò)電磁泵自動(dòng)控制蒸發(fā)皿溢流和排水過(guò)程。傳感器采集數(shù)據(jù)后經(jīng)RS485/232通信接口上傳至數(shù)傳通信機(jī)(RTU)，原始數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)傳通信機(jī)處理獲得蒸發(fā)量、雨量、溢流量、加水量等成果數(shù)據(jù)，再利用GPRS/CDMA傳輸信道將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)測(cè)中心，通過(guò)監(jiān)測(cè)中心采集平臺(tái)寫入遙測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)。石梁河水庫(kù)水文站觀測(cè)場(chǎng)平面布置示意圖，見(jiàn)圖1；FFZ-01Z型自動(dòng)水面蒸發(fā)站系統(tǒng)組成，見(jiàn)圖2。

圖1 石梁河水庫(kù)水文站觀測(cè)場(chǎng)平面布置示意圖

圖2 FFZ-01Z型自動(dòng)水面蒸發(fā)站系統(tǒng)組成

1.2 自動(dòng)蒸發(fā)站工作原理

根據(jù)《水面蒸發(fā)規(guī)范》(SL630-2013)，日蒸發(fā)量按照公式以下公式計(jì)算：

E=P-∑h取-∑h溢+∑h加+(h1-h2)

(1)

式中：E為日蒸發(fā)量，mm；P為日降水量，mm；∑h取，∑h加為前一日8時(shí)—當(dāng)日8時(shí)各次取出或加入水量之合，mm；∑h溢為 前一日8時(shí)—當(dāng)日8時(shí)各次溢流水量之合，mm；h1，h2為上次(前一日)和本次(當(dāng)日)的蒸發(fā)器水面高度，mm。

FFZ-01Z型自動(dòng)水面蒸發(fā)站中日降水量采用JFZ—01型數(shù)字雨量計(jì)計(jì)量，h1，h2由與蒸發(fā)計(jì)相連靜水桶內(nèi)浮子水位計(jì)自動(dòng)測(cè)量得出?！苃溢，∑h加通過(guò)對(duì)加水、排水期間進(jìn)水桶內(nèi)液位變化進(jìn)行計(jì)量得出。自動(dòng)蒸發(fā)站運(yùn)行期間如需人工取水或加水需進(jìn)入設(shè)備維護(hù)狀態(tài)，影響當(dāng)日蒸發(fā)量自動(dòng)觀測(cè)。

2 誤差分析

2.1 日蒸發(fā)量誤差分析

通過(guò)對(duì)比2021年2—6月FFZ-01Z型自動(dòng)水面蒸發(fā)站與人工觀測(cè)的日蒸發(fā)量，兩者相應(yīng)關(guān)系較好，自動(dòng)蒸發(fā)站觀測(cè)結(jié)果總體略<人工觀測(cè)值，石梁河水庫(kù)水文站自動(dòng)站與人工日蒸發(fā)量對(duì)比圖，見(jiàn)圖3。比測(cè)期間最大誤差-1.6mm，最小誤差0.0mm，平均誤差-0.16mm，誤差合計(jì)-23.3mm，樣本誤差呈正態(tài)分布。絕對(duì)誤差≤0.2mm的樣本個(gè)數(shù)占總樣本量的44%，絕對(duì)誤差≤0.4mm的樣本個(gè)數(shù)占總樣本量的69%。石梁河水庫(kù)水文站自動(dòng)與人工日蒸發(fā)量誤差分布圖，見(jiàn)圖4。

2.2 月蒸發(fā)量誤差分析

2021年2—6月石梁河水庫(kù)水文站自動(dòng)蒸發(fā)站日蒸發(fā)量累計(jì)377.4mm，人工觀測(cè)蒸發(fā)量累計(jì)400.7mm，日蒸發(fā)量誤差合計(jì)-23.3mm，日蒸發(fā)量絕對(duì)誤差合計(jì)63.3mm。自動(dòng)蒸發(fā)站觀測(cè)最大日蒸發(fā)量發(fā)生于5月29日，蒸發(fā)量7.4mm，最小日蒸發(fā)量發(fā)生于4月3日，蒸發(fā)量0.0mm；人工觀測(cè)最大日蒸發(fā)量發(fā)生于6月8日，蒸發(fā)量7.6mm，最小日蒸發(fā)量發(fā)生于2月15日，蒸發(fā)量0.2mm。4月自動(dòng)蒸發(fā)站與人工觀測(cè)相應(yīng)關(guān)系最好，最大、最小日蒸發(fā)量發(fā)生日期相同，且誤差在0.2mm以內(nèi)。5月自動(dòng)蒸發(fā)站觀測(cè)誤差較大，誤差合計(jì)-14.4mm，絕對(duì)誤差合計(jì)17mm。月最大日蒸發(fā)量觀測(cè)誤差相對(duì)較小，3—6月自動(dòng)站與人工觀測(cè)發(fā)生日期均一致。月最小日蒸發(fā)量觀測(cè)誤差相對(duì)較大，除4月其余月份發(fā)生日期均不相應(yīng)。

圖3 石梁河水庫(kù)水文站自動(dòng)站與人工日蒸發(fā)量對(duì)比圖

圖4 石梁河水庫(kù)水文站自動(dòng)與人工日蒸發(fā)量誤差分布圖

2.3 蒸發(fā)量誤差與降水量相關(guān)性分析

比測(cè)期內(nèi)無(wú)雨日112d，有雨日38d，根據(jù)表2數(shù)據(jù)對(duì)比分析，自動(dòng)蒸發(fā)站觀測(cè)誤差與降雨無(wú)明顯相應(yīng)關(guān)系，有雨日、無(wú)雨日誤差總體相似。2021年2—6月日蒸發(fā)量月統(tǒng)計(jì)表，見(jiàn)表1；有、無(wú)雨日蒸發(fā)量誤差對(duì)比表，見(jiàn)表2。

表1 2021年2—6月日蒸發(fā)量月統(tǒng)計(jì)表

表2 有、無(wú)雨日蒸發(fā)量誤差對(duì)比表

3 誤差成因分析

1)自動(dòng)蒸發(fā)站在不同月、不同天氣條件下誤差范圍基本相似，但月最大蒸發(fā)量觀測(cè)誤差明顯小于月最小蒸發(fā)量，由此可以推測(cè)自動(dòng)蒸發(fā)站觀測(cè)誤差主要受水位計(jì)、雨量計(jì)等設(shè)備本身觀測(cè)精度影響。

2)自動(dòng)蒸發(fā)站適用于無(wú)冰期蒸發(fā)量觀測(cè)，2月1—5日，自動(dòng)蒸發(fā)站與人工觀測(cè)誤差較大，由于該時(shí)間內(nèi)蒸發(fā)皿結(jié)冰，人工觀測(cè)為破冰觀測(cè)。

4 結(jié)論與建議

1)FFZ-01Z型自動(dòng)水面蒸發(fā)站自動(dòng)化程度較高，可做到無(wú)人值守，自動(dòng)站觀測(cè)值與人工觀測(cè)值相應(yīng)關(guān)系總體較好，誤差呈正態(tài)分布，設(shè)備具有一定實(shí)用價(jià)值。

2)根據(jù)比測(cè)分析自動(dòng)蒸發(fā)站觀測(cè)誤差主要受設(shè)備本身觀測(cè)精度影響?？蓪?duì)雨量計(jì)、水位計(jì)進(jìn)行改造或選用更高精度設(shè)備以提高自動(dòng)蒸發(fā)站整體觀測(cè)精度。

3)由于比測(cè)期間僅發(fā)生1次暴雨量級(jí)降水過(guò)程，暴雨、特大暴雨期間比測(cè)資料累計(jì)不足，需繼續(xù)積累資料分析降雨對(duì)蒸發(fā)量自動(dòng)觀測(cè)的影響。