自动蒸发试验分析报告

王娇娇1  刘莉 2 李培侠3

摘要：水面蒸发观测是水文要素观测的组成部分，是水文气象预报、防灾减灾、水资源评价、水文模型确定、涉水工程规划等基本测验要素之一，为进一步推动水文测验信息化进程，本站引进自动蒸发项目试点任务，推进水文现代化、信息化的进程的步伐。

1基本情况

1.1测站概况

拓石水文站是渭河干流控制站，属国家重要水文站，设立于2003年6月，设站目的为收集渭河干流长系列样本资料，为渭河中下游地区防汛抗旱提供水文情报预报，为水资源开发利用提供科学的决策数据。本站地处陕西省宝鸡市陈仓区拓石镇，东经106°32′,北纬34°30′，集水面积为29092km2 ，距河口470km，本站为渭河入陕第一站，属省级重要站。。

拓石水文站降蒸观测场地位于拓石站院内办公楼左侧，东西长约16m,南北宽约20m，总面积约320㎡，观测场地符合《水面蒸发观测规范》中的2.2项相关规定。观测场内布置人工观测的E-601B型蒸发器、FFH100型自动蒸发器、20CM蒸发各一套，另外布置人工观测雨量计、遥测雨量计各一套。

1.2比测目的

节约成本，提高工作效率，实现蒸发观测的自动化、数字化，实现无人值守自动观测蒸发，为水文巡测工作打下坚实的基础。

1.3比测方法

FFH100型自动蒸发器和人工观测蒸发量进行逐日比测分析，对于差值较大的进行Q值检验，并进行相关性分析，以便在缺测时进行插补延用。比测数据选用FFH100型自动蒸发仪器2023年7月-2023年9月的监测数据。

1.4Q值检验法

Q检验法又叫做舍弃商法，是迪克森(W．J．Dixon)在1951年专为分析化学中少量观测次数(n<10)提出的一种简易判据式。按以下步骤来确定可疑值的取舍：

（1）将各数据按递增顺序排列：X1，X2，X3，…，Xn-1，Xn；

（2）求出最大值与最小值的差值（极差）Xmax-Xmin ；

（3）求出可疑值与其最相邻数据之间的差值的绝对值；

（4）求出Q（Q等于（3）中的差值除以（2）中的极差）；

（5）根据测定次数n和要求的置信水平（如95%）查表得到值；

（6）判断：若计算Q>Q表，则舍去可疑值，否则应予保留。

2仪器情况

2.1工作原理

FFH100型自动蒸发器主要由E601B蒸发桶、液位测井、0.1mm分辨率专用雨量计、智能测控器组成。测控器会定时采集蒸发桶的液位和雨量计的降雨量，并依据我国SL630-2013《水面蒸发观测规范》计算出时段蒸发量。该仪器为全自动控制的工作方式，主要有以下几点优势：

（1）测控器能根据蒸发桶的液位进行自动补水和溢流。

（2）在降雨天，能够根据专用雨量计的数据计算出当日的蒸发值。

（3）该仪器可以高精度监测日蒸发量，并支持无线远传发报，使用范围广，是水文监测理想的自动化仪器。

2.2工作条件、环境

（1）环境条件：-10℃至+70℃，湿度95%RH（40℃）

（2）存储温度：- 10℃至 + 60℃；

（3）数据传输格式：水文监测数据通信规约SL651-2014；

（4）测量范围：0-60mm；

（5）电源：12V(-5%～+25%)，100Ah蓄电池，40W太阳能板;

（6）在使用环境的基础上，观测水体及其管路应无结冰、堵塞等异常情况。

如温度、湿度、风速、气压。

2.3自动蒸发结构示意图

图1-1 FFH100型自动蒸发器组成结构示意图

3资料综合分析

3.1计算方法

根据我国SL630-2013《水面蒸发观测规范》的规定，此自动蒸发系统无需对溢流量与补水量进行监测，所以非冰期日蒸发量应按下式计算：

E=P+（h1-h2）×1.1

公式中：E为日蒸发量; P为日降水量;h1、h2分别为上次（前一日）和本次（当日）的蒸发器水面高度（单位mm）。

人工：每天08：00观测，将测针插入测针座，读取水面高度，计算蒸发量。

自记：每天08：00后系统刷新数据，可人工查看RTK，也可找安装人员查询蒸发量。

3.2分析依据

根据《水面蒸发观测规范》（SL630-2013）3.2蒸发器的选用3.2.3条规定，新安装的蒸发器应进行新旧同步比测，以求得两者的折算关系。

4分析数据

4.1逐日蒸发数据分析

FFH100自动蒸发器采集的数据和同期人工观测水位数据分析表见表3-1和图3-1。拓石站2023年7-9月部分蒸发数据对比表3-1

图3-1 FFH100数据对比分析图

通过表3-1的结果进行统计计算得出，其中日误差最大为1.5mm，出现在2023年7月1日，日误差最小为0mm，其中7月20日次，7月12日次。误差范围小于±0.1mm的天数为46天，占观测总天数的50%，误差范围小于±0.2mm的天数为66天，占观测总天数的71.74%，由此得出误差较小，且日蒸发观测绝对误差均能控制在1.5mm以内。

4.2Q值检验

对FFH100蒸发仪器和人工蒸发观测蒸发数据的对比差值X

i进行Q值检验。可疑值为5.5，可疑值主要产生的原因是人工观测误差，最大值与最小值Xmax-Xmin=5.1,5.1与最相邻数据之间的差值的绝对值为0.3，Q=0.3/5.5=0.05，置信水平取95%，Q表=0.84，因为Q

4.3月蒸发量数据分析

自动蒸发FFH100采用2023年7月—2023年9月的各月蒸发总量数据进行分析，月蒸发总量最大绝对误差3.5mm，月蒸发总量最小绝对误差-0.7mm。从以上的比测成果的分析可以看出，FFH100自动蒸发系统与人工观测的蒸发量误差较小，符合观测技术要求。

5结论

FFH100自动蒸发系统与人工观测的方法对同一地测量的降雨量和蒸发量的差别不明显，系统自安装以来稳定，没有出现过连续几天的设备故障及数据中断问题，这说明FFH100自动蒸发系统的测量结果在理论精度较高的同时能实现蒸发及雨量的可靠测量，具备代替人工蒸发及雨量测量的潜力。通过对2023年7月-2023年9月的自动观测数据与人工观测数据对比分析，在同步比测过程中，注意提高比测精度，FFH100自动蒸发系统观测所得的日、月蒸发量完全可以满足《水面蒸发观测规范》的技术要求。

参考文献：《水面蒸发观测规范》

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