CQS.FFH-2型水面遥测蒸发器的应用

郭日晶

（百色市水文水资源局，广西 百色 533000）

CQS.FFH-2型水面遥测蒸发器的应用

郭日晶

（百色市水文水资源局，广西 百色 533000）

介绍了CQS.FFH-2型水面遥测蒸发器的系统组成及工作原理，分析了其在百色水文站的应用情况，探讨了水面蒸发测验设备的遥测自动化改革方案。

CQS.FFH-2；遥测蒸发器；工作原理；应用分析

1 概述

CQS.FFH-2型水面遥测蒸发器是由重庆华正水文仪器有限公司研制并经有关部门检验合格的蒸发量自动监测设备，用于自动连续观测水面蒸发在不同时间段变化规律的仪器。2012年4月，百色水文站引进CQS.FFH-2型水面遥测蒸发器监测设备投入试运行，该仪器运行正常稳定，监测数据收集正常，无缺测、漏测现象。

2 设备工作原理及组成

2.1 工作原理

当蒸发桶或蒸发池内水位下降或升高带动高精度液位传感器浮子下降或升高，液位传感器将浮子下降或升高的高度变化转换成电信号，高精度雨量传感器通过0.1 mm翻斗将雨量转换成开关信号，水面遥测蒸发器直接连接液位、雨量传感器自动采集水位，雨量信号，通过判断、分析、计算后得出水位下降高度值、日降雨量、日蒸发量和某段时间内的累计蒸发量。当蒸发桶内水位下降到一定高度后，水面遥测蒸发器会自动控制补水泵给蒸发桶补水，补水到一定高度后会自动停止补水，水面遥测蒸发器在整个补水过程结束后不会影响降雨量和蒸发量。水面遥测蒸发器还将降雨量、蒸发量及时间等数据进行现场存储、显示，并通过无线发射装置定时或加报方式将监测的实时数据和历史数据自动发送到互联网上专用服务器内，以供互联网上授权用户调用、查看，随时掌握水面蒸发、降雨数据，也可将监测实时数据发送到手机上。CQS.FFH-2型水面遥测蒸发器利用中国移动GSM/GPRS网、Internet互联网、计算机就组成了水面遥测蒸发自动监测系统。原理见图1所示。

图1 CQS.FFH-2型水面遥测蒸发器结构原理图

2.2 系统组成

CQS.FFH-2型水面遥测蒸发器主要由浮子式液位传感器、0.1 mm翻斗雨量计、水面遥测蒸发器主机、补水泵、无线数据发射装置、太阳能电池板、太阳能充电控制器、12 V蓄电池、室外机箱等组成，（见图2）。

图2 CQS.FFH-2型水面遥测蒸发器

CQS.FFH-2型水面遥测蒸发器可直接与现有的E601型蒸发桶配套使用，水位传感器为蒸发量观测器具，以JD01A型雨量传感器为降水量观测器具，以水面遥测蒸发器主机完成数据的采集、存储与处理（包括处理蒸发、降水、溢流数据并完成蒸发量自动补水、溢流量自动识别控制）并通过无线发射装置定时将监测的数据无线发送到互联网专用服务器内，完成水面蒸发、降水过程的高精度实时在线监测。

2.3 设备功能

（1）自动采集蒸发传感器、雨量传感器等各种输出信号；

（2）计算实时蒸发量，统计累计降雨量和蒸发量；

（3）控制蒸发桶的自动补水和自动溢流；

（4）有专门的输出接口，便于各种传输和通信。

2.4 主要技术指标

（1）蒸发水位测量范围：0～100 mm；

（2）雨量传感器承雨口径：φ200+0.6mm；

（3）适用降雨强度：0～4 mm/min；

（4）分辨力：水位0.1 mm；雨量0.1 mm；

（5）测量精度：水位±0.2mm（±0.2%FS）；雨量±4%；

（6）数据存储容量2 M；

（7）RS232或RS485数字量输出；

（8）电源电压：12V/DC（太阳能供电，配12V/31Ah蓄电池）；

（9）蒸发桶内水位从标准水位下降30 mm以上时，仪器自动补水到标准水位；

（10）环境温度：0℃～+70℃；（11）相对湿度：95%（40℃）。

3 CQS.FFH-2型水面遥测蒸发的应用

现采用百色水文站2013年1月1日至2013年12月31日E601型人工观测蒸发量与CQS.FFH-2型水面遥测蒸发量的比测资料数据进行分析比较。

3.1 降水量资料分析

降水量资料采用2013年1月1日～2013年12月31日人工观测雨量与JDO1A型雨量传感器同步观测的雨量资料进行分析。通过统计，两种观测取得的资料比测误差较小，年总量误差为2.9%；日最大雨量误差最大的是5月9日，该日的人工测量雨量为73.0 mm，遥测雨量为75.4 mm，误差为2.4 mm，相对误差为3.3%；一次降水过程最大误差是5月9日～10日，该过程人工测量值为73.0 mm，遥测值为75.7 mm，误差为2.7 mm，相对误差为3.7%；月总雨量误差最大的为6月份，月人工测量雨量为142.5 mm，遥测雨量为148.0 mm，误差为5.5 mm，相对误差为3.9%，月雨量误差最小的为0.7 mm。据分析，遥测值与人工测量值误差有随着雨量增大而增大趋势，但误差控制较好，总体上误差满足精度要求，表明人工观测的雨量与JDO1A型雨量传感器同步观测的雨量误差很小，监测的精度较高，JDO1A型雨量传感器的性能是稳定的，受外界恶劣环境影响较小。各月降雨总量对比分析详见表1。

表1 各月降雨总量对比分析mm

3.2 蒸发量对比资料分析

（1）遥测监测与人工观测日蒸发量误差对比分析结果见表2。

表2 遥测监测与人工观测日蒸发量误差统计表

由表2可知，遥测监测与人工观测比测日蒸发量误差分析，误差 ±0.3 mm天数达55.9%，误差 ±0.6 mm天数达77.0%，误差 ±1.0 mm天数达94.8%，说明两者观测的误差较小，取得良好的比测成果。9月3日蒸发误差达4.5 mm、11月10日蒸发误差为3.8 mm，经分析均是因为下大雨，人工影响产生误差所致。

（2）遥测监测与人工观测月蒸发量误差分析见表3。

表3 遥测监测与人工观测月蒸发量误差统计表

由表3可知，遥测监测与人工观测年总量对比，误差为10.2 mm，相对误差为0.94%；月蒸发量最大误差5.5 mm；月最大值最大误差0.8 mm，月最小值最大误差0.0 mm，从上述对比成果误差分析得，遥测监测的蒸发量与人工观测的蒸发量误差小，符合观测技术要求。

（3）相关图分析。将人工观测与遥测监测的逐日蒸发量对比资料数据，绘制散点图（见图3）。从图3可见，两组数据点子密集，呈直线趋势，建立遥测蒸发量y对人工蒸发量x对的回归直线方程，从图3可得，两者的相关系数为0.93，说明两种观测方式取得的资料点子存在相关关系，且关系是密切的。

图3 人工与遥测蒸发量值相关图

3.3 对比测蒸发量误差分析

（1）降水量是影响蒸发量误差的一个重要因素。将有降水之日的蒸发量单独统计出来分析，有降水之日的蒸发资料数据共98组，从数据上看，降雨强度大，观测的蒸发量误差不一定就大，例如：5月9日，人工观测雨量73.0 mm，遥测雨量75.4 mm，误差2.4 mm，而两者观测的蒸发量误差仅为0.5 mm。这说明虽然降暴雨时，人工监测的雨量与遥测雨量存在一定的误差，但通过仪器自动辨别和处理，能有效地控制和减少蒸发量的误差。

（2）人工观测时精度直接影响蒸发量。人工观测一般每日进行1～2次（一般为每日8时一次）观测，其把降雨和不降雨的误差都累积在一起了，特别是对间断性降雨期间的蒸发量计算，不能有效地区分开来，这样计算出的日蒸发量误差就会较大；而仪器是采用高精度液位传感器来实时监测蒸发桶内水位变化，是隔0.5 h监测分析一次，在降大暴雨时其优势更为突出，该仪器能把降雨和不降雨的时段区分出来，在自动测量过程中能将一些外界干扰的因素进行处理，特别是对一些突变的水位变化，如：特大值特小值进行自动判断，在消除随机误差方面仪器观测明显优于人工观测。

（3）人工观测雨量中，有雨无量的问题。因遥测设备分辩率是0.1 mm，降水量达到0.1 mm就会有一信号被采集储存，而人工观测一般是早上8时，大雨时才适当加测，所以在当降雨量不大时（小于0.2 mm时），有可能在早上8时观测前所降的水量已经蒸发掉，造成人为降水量观测误差，也带来蒸发量的误差。从这种情况看，遥测蒸发器可以自动消除这种人为的误差，使蒸发值更能反应真实情况。

4 应用分析

4.1 设备适用地域性广

根据了解，广西水文系统中安装有CQS.FFH-2型水面蒸发遥测监测设备的市局有百色（1套）、桂林（4套）、柳州（2套）、河池（2套）、来宾（2套）、贵港（1套）等局，目前有百色、桂林（1套）、来宾（1套）市局已经通过比测分析报经区局批复，获正式使用，其它市局目前正在进行比测当中，说明设备的适用地域性很好，适合在广西推广使用。

4.2 设备安装维护简便

本套设备可以直接与安装的E601蒸发桶配合使用，把高精度的水位传感器的浮子安装在原来的测针支架上即可，不用另外安装任何支架，只需要增加一套自动补水装置。其他遥测设备与蓄电池均整合到一个仪器箱中，RTU采用模块化设计，在进行调试与维护过程中操作简单，通俗易懂，工作人员容易上手操作。

4.3 自动化程度高

本设备具有把监测的数据在本地存储和实时远传功能，整套仪器结构简单，只要保证储水桶中有水，其他均无需人工进行干预，数据经过软件处理形成逐日的蒸发量表格输出，自动化程度高，满足无人值守功能。非常适合水文测验方式改革要求，对老一代需要进行人工观测的E601水面蒸发器进行合理改造，使之具有自动化、遥测化功能，从而解决目前人少事多，人手不足的困境。

5 结语

通过对百色站CQS.FFH-2型水面蒸发遥测监测设备的数据对比分析，认为该遥测监测设备满足我们目前开展的水文测验方式改革要求，是中小河流水文监测系统建设中值得推广使用的设备。对我们原来老一代、落后的、需要人工进行操作的设备进行遥测自动化改造是我们水文测验方式改革的必由之路，只有这样才能把原来固守测站的工作方式转变成遥测自动化无人值守的工作方式，真正把水文人从哨兵转变成侦察兵。

（责任编辑：刘征湛）

Application of CQS.FFH-2 type water surface telemetry evaporator

GUO Ri-jing
（Hydrology and Water Resources Bureau of Baise City，Baise 533000，China）

Based on an introduction of the composition and working principle of CQS.FFH-2 type water surface te⁃lemetry evaporator，the author analyzed its application at Baise Hydrological Station，and discussed the telemetry automation reform scheme of water surface evaporation measuring equipment.

CQS.FFH-2；telemetry evaporator；working principle；application analysis

P332.2

B

1003-1510（2016）03-0008-04

2016-01-09

郭日晶（1970-），男，广西田阳人、百色市水文水资源局工程师，主要从事水文与水资源测验与管理工作。