晋坪水文站人工与自动水文蒸发观测结果比测分析

黄 敏，杨小凤，殷 勇，龙 斌，刘环球

（江西省宜春水文局，江西 宜春 336000）

近年来，随着经济社会及科技的快速发展，水文观测手段有了很大改进，目前已在全省范围内实现了降水量采集、传输、处理自动化，国内蒸发自动观测技术研发也取得突破。但尚未全面掌握该设备的准确性、稳定性、适用性等情况，非常有必要进行对比观测和分析研究，充分掌握设备性能和使用维护方法，为进一步完善和推广水面蒸发自动测报技术、实现蒸发历史资料有效延续奠定基础[1]。为了更好地研究和推广自动蒸发观测技术的应用，结合宜春水文局比测试验站点—晋坪水文站实际情况，通过从2017年1月至今的比测试验，积累了近一年的比测数据，并进行对比分析。

1 晋坪水文站情况

晋坪水文站于1965年冬设立，集水面积304 km2，属二类精度站，位于奉新县上富镇高坪村晋坪组，是南潦河区域代表站。观测项目有水位、流量、降水量、蒸发。观测场周围地势为南高北低，北面为稻田，南面为山谷、稻田，西面是站房；东面为高坡杂林。土质山地为粘土，菜地、稻田为沙壤土。场地高程：黄海基面约100 m。晋坪水文站多年平均降雨量为1921.0 mm，多年平均蒸发量为596.7 mm，历年最大日降雨量为222.9 mm，出现在1977年6月14日；历年最大日蒸发量为6.4 mm，出现在2013年8月13日。

观测场内主要仪器设备有直立式雨量器、虹吸式自记雨量计、E601型人工观测蒸发器、JY.FFZ-1型遥测水面蒸发器。晋坪水文站观测场及仪器位置见图1。

图1 晋坪水文站观测场及仪器位置图

2 比测资料

收集了2017年1月19日至2017年12月31日共287天人工观测蒸发、降水量数据，自动蒸发、蒸发配套降水量数据，虹吸式雨量计降水量数据（虹吸雨量数据从5月19号开始使用）。收集的人工观测及试验资料真实可靠，可用于比对分析。

3 误差分析方法

3.1 差值

比测差值为测量值减真实值的差值，为自动与人工观测值之间差异的指标，计算公式如下：

式中：Δi为i日/月/年人工与自动蒸发观测系统降雨量比测、蒸发量比测、及自动蒸发观测系统液位精度实验比测的差值；Zi为i日/月/年自动蒸发观测系统降雨量观测值、蒸发量观测值、及自动蒸发观测系统液位精度实验自动液位观测值；Li为i日/月/年人工蒸发观测系统降雨量观测值、蒸发量观测值、及自动蒸发观测系统液位精度实验人工观测值。

3.2 相对误差

比测相对误差为绝对误差除以真实值，即自动与人工观测之绝对误差除以人工观测值[2]，计算公式如下：

式中：δi为i日/月/年人工与自动蒸发观测系统降雨量比测、蒸发量比测、及自动蒸发观测系统液位精度实验比测的相对误差；Δi为i日/月/年人工与自动蒸发观测系统降雨量比测、蒸发量比测、及自动蒸发液位精度实验比测的绝对误差；Li为i日/月/年人工蒸发观测系统降雨量观测值、蒸发量观测值、及自动蒸发观测系统液位精度实验比测人工观测值。

3.3 人工与自动蒸发观测一致率分析

一致率，即对比观测时间内人工、自动水面蒸发比测绝对误差小于1.0 mm的天数，占总观测天数的百分比。

式中：Y为自动与人工水面蒸发观测一致率，%；y为自动与人工水面蒸发观测绝对误差小于1.00mm的天数；P总为自动或人工水面蒸发观测总有效天数。

4 结果分析

4.1 差值分析

将晋坪水文站2017年1月19日至12月31日收集的共287天（其中1月19日开始传送数据,3月16日起至5月13日,自动蒸发仪器出现故障，没有数据，故不参加比测分析）人工观测蒸发量和自动蒸发观测值进行比测分析，计算绝对误差和相对误差。见表1、图2。

表1 晋坪站2017年人工、自动水面蒸发比测差值分布表

图2 晋坪站2017年人工、自动水面蒸发比测差值分布图

由表1、图2可知，人工和自动观测的蒸发差值主要集中在-1.0 mm～1.0 mm之间，而无雨日则更为集中。其中以误差值在-0.2 mm～0.2 mm之间的天数居多。P＞50 mm最大，天数百分比达到50%；25 mm＜P≤50 mm次之，天数百分比为46%；0＜P≤25 mm最小，天数百分比仅为37%。即在水文观测中，对于降雨量0＜P≤25 mm时人工与自动观测蒸发误差最小，均不影响观测准确性；当降雨量P＞50 mm时二者之间误差较大，对测量数据精确度影响较大。因此，在水文蒸发测量工作中，应根据降雨量大小选择适当的观测方式。

4.2 人工与自动蒸发观测一致性分析

统计晋坪站2017年1月19日至12月31日人工和自动蒸发观测值绝对误差小于1.0 mm的天数，计算月、年一致率，见表2。

表2 晋坪站2017年人工、自动蒸发观测一致率分析

由表2可知，2017年晋坪站人工与自动蒸发观测值的月一致率最高为1月、3月、5月、6月，一致率均为100%；最低为9月份为80.0%；达到80%以上的有11个月，其余1个月一致率是80.0%；全年总观测天数为287天，一致270天，一致率为94.1%。造成这种现象的原因主要是7、8、9月份降雨量较大，人工与自动水文蒸发观测的误差值较大，导致水文蒸发观测数据一致率交底。符合误差分析结果规律。

5 结论及建议

本次水文观测过程中，通过对287天蒸发量的统计，发现晋坪水文站的水文观测结果误差小于等于0.5 mm的有226天，占78.7%：误差小于等于1.0 mm的有271天，占总天数的94.4%：误差大于1.0 mm的有16天，占总天数的5.57%。全年蒸发数据关系较集中，有较好的单值对应关系,但仍需继续增加对比观测。

根据目前情况，加强系统运行情况监察及人工观测，改进自动蒸发数据网上查询系统，以便可以随时在网络平台监测本站的自动蒸发数据，对于有疑义的数据可以当即查找原因并及时解决，为水文研究提供更加可靠的数据。