降蒸一体化自动监测系统在梧州（四）站的应用分析

秦钊林，李子星，李创生

（梧州市水文水资源局，广西 梧州 543001）

降蒸一体化自动监测系统在梧州（四）站的应用分析

秦钊林，李子星，李创生

（梧州市水文水资源局，广西 梧州 543001）

简述FFZ-01Z型数字水面蒸发站组成及工作原理，通过对梧州水文站2012年1～12月采用该设备自动观测与人工观测数据的对比分析，结果：测验成果符合相关规范要求，值得推广使用。

FFZ-01Z型数字水面蒸发站；降水量；降蒸一体化；应用

1 地理概况

梧州水文站位于梧州市东郊南岸，地理位置为东经111°20′，北纬23°28′，是珠江流域西江水系西江干流的重要控制站，集水面积327 006km2，占西江流域集水面积的94.6％，广西境内85％的径流量经此进入广东境内，素有“珠江咽喉”之称。1900年1月由原梧州海关设立，同时开始观测水位，1915年开始流量测验，1941年开始电报报汛和泥沙测验，经过不断发展，现已成为具备开展水位、流量、含沙量、降水、蒸发、水温、岸温、水质和墒情等测验项目齐全的国家重要水文站、国家重点报汛站和水利部重点水质监测站。虽然站址几经变迁，但资料保持连续完整，是西江干流上水文资料系列最长的水文站之一，为国民经济发展规划、城镇建设、水利航运、道路交通、环保、测绘以及水资源规划合理开发、优化配置、保护等提供科学水文数据，为梧州市及西江下游各级政府的防汛抗旱工作提供水文情报及预报。

2 FFZ-01Z型数字水面蒸发站组成及工作原理

2.1 蒸发站组成

梧州水文站使用FFZ-01Z型数字水面蒸发站（以下称水面蒸发站），其由FFZ-01型数字水面蒸发传感器（以下称蒸发计）、JFZ-01型数字雨量传感器（以下称雨量计）、溢流传感器（以下称溢流桶）、自动补水装置、采集控制器（以下称采集器）、上位机系统、电源保证系统7大部分组成（见图1、2）。

2.2 水面蒸发站工作原理

依据《水面蒸发观测规范》[1]和《地面气象观测规范》[2]规定，水面蒸发站蒸发量的计算公式为：

式中：QF——水面蒸发量，当其为负值时记为0.0，mm；

Wt——测量时刻（t）的蒸发桶水位，mm；

W0——起算时刻的蒸发桶水位，mm；

Wt、W0——由FFZ-01型数字水面蒸发计自动测量；

Qj——被测时段内的降水量，由JFZ-01型数字雨量计提供，mm；

Qy——被测时段内的溢流量，Qy值由溢流桶自动测量，mm。

无降水时，当静水桶水位达到约定值（水位标志线以下10mm）时，釆集器会在观测日分界时刻（水文日分界时刻是8：00，气象日分界时刻是20：00）发命令给蒸发计中的电气控制装置启动补水装置内的补水泵（潜水泵）抽水经通水管对蒸发桶、水圈补水，使蒸发桶水位恢复至水位标志线高度，然后，以补水后的高度作为起测点，测量下一时段的蒸发量。补水桶与自来水管连通，由浮球阀控制补水桶的水位以保证补水水源。

有降水时，当静水桶水位达到约定值（水位标志线以上10mm）时，釆集器会发命令给溢流桶中的电气控制装置启动溢流室内的进水泵把蒸发桶的水抽到排水桶中，当排水桶的水位达到预定水位时，进水泵停止抽水，待排水桶内的水位稳定之后，电气控制装置检测排水桶内的当前水位并通过系统内部RS-485通讯总线发送给采集器，采集器把接受到的当前水位与之前记忆的溢流开始水位进行综合计算得到蒸发桶溢流量。每次检测溢流量之后，溢流桶电气控制装置启动排水桶内的排水泵，将排水桶内的水排出，为下次溢流做准备。同时蒸发计也在测量蒸发桶水位，当蒸发器水位达到水位标志线时，釆集器会发命令给电气控制装置停止溢流进水泵工作，以保证蒸发桶水位在正常范围。

图1 FFZ-01Z型数字式水面蒸发站平面位置图（单位：cm）

图2 FFZ-01Z型数字式水面蒸发站立面展开图（单位：cm）

3 自动观测与人工观测比测成果分析

梧州水文站于2010年5月中旬开始安装FFZ-01Z型数字水面蒸发站，同年6月开始试运行并开始进行自动与人工对比观测，但由于应用软件、防雷设施不到位、自动水泵、釆集器主板故障、使用熟练度等原因，比测数据连续性欠佳，直到2011年下半年系统运行较为正常，所以选取连续性好、数据齐全的2012年对比观测资料进行分析，蒸发量数据以日蒸发量为基础进行分析。

人工观测蒸发量的计算公式为：

式中：Q人F——人工观测水面蒸发量，当其为负值时记为0.0，mm；

W人t——人工观测测量时刻（t）的蒸发桶水位，mm；

W人0——人工观测起算时刻的蒸发桶水位，mm；

Q人j——被测时段内人工观测的降水量，mm；

Q人y——被测时段内人工观测的溢流量，mm；

0.869——蒸发量换算系数，即：蒸发桶器口面积/（蒸发桶器口面积+静水桶器口面积）≈0.869；在冰期或只进行人工观测时，如果关闭蒸发桶与静水桶间连通的阀门，则换算系数为1.0。

本次人工观测的降水量、溢流量分别釆用雨量计、溢流桶自动测量数据。自动观测与人工观测比测日蒸发量误差分析成果见表1，自动观测与人工观测比测月蒸发量误差分析成果见表2。

表1 梧州站2012年ZFZ-01数字式自动与人工比测日蒸发量误差统计表

由表1可知，2012年1至12月自动与人工比测日蒸发量，误差≤±0.2mm达74.8％；误差≤±0.4mm达91.2％，误差≤±0.6mm达98.4％误差≥±0.8mm只占了1.4％，最大日蒸发量误差为1.0mm。

由表2可知，2012年1至12月自动观测与人工观测比测月蒸发量误差分析，月蒸发量平均误差-0.17mm，月最大值最大误差1.5mm；月最大值平均误差0.0mm，月最小值最大误差0.4mm，月最小值平均误差0.0mm，年蒸发量误差-2.0mm，人工与自动值相比误差仅为0.01％。

表2 自动观测与人工观测比测月蒸发量误差分析成果表mm

4 结论

从上述比测成果误差分析可得出：ZFZ-01型数字式水面蒸发自动观测系统观测的蒸发量与人工观测的蒸发量误差在规范要求以内，符合《水面蒸发观测规范》[1]和《地面气象观测规范》[2]相关要求，观测数据真实可靠，可用于水文资料整编使用。

[1] SL630-2013，水面蒸发观测规范[S].

[2]QX/T54-2007，地面气象观测规范（蒸发观测）[S].

（责任编辑：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

秦钊林（1970-），男，广西藤县人，梧州市水文水资源局工程师，学士，从事水文测报及分析计算。