PHZDF-01全自动蒸发站的应用分析

Journal of Water Resources Research 水资源研究, 2020, 9(4), 453-459

Published Online August 2020 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/jwrr https://doi.org/10.12677/jwrr.2020.94048

Application Analysis of PHZDF-01 Automatic Evaporation Station

Anxiu Peng, Ruihua Shi

Hydrographic Bureau of the Yangtze River Water Conservancy Commission, Chongqing

Received: Jul. 22nd, 2020; accepted: Aug. 6th, 2020; published: Aug. 13th, 2020

Abstract

Water surface evaporation data provide important basic information for water related fields. In order to adapt to the change of “unattended” monitoring mode, the automatic evaporation station system is in-troduced and the comparison test is carried out. Based on the hydrological data of several stations in Jinsha River, the results of automatic and artificial surface evaporation are compared and analyzed by using the difference analysis method. It provides the basis for the application of the automatic evapora-tion system in the Sanduizi and Shigu hydrologic stations and increases the observation accuracy.

Keywords

Evaporation, Automatic Observation, Manual Observation, Comparative Analysis

PHZDF-01全自动蒸发站的应用分析

彭安修，史瑞华

长江水利委员会水文局长江上游水文水资源勘测局，重庆

收稿日期：2020年7月22日；录用日期：2020年8月6日；发布日期：2020年8月13日

摘 要

水面蒸发数据为水科学相关领域提供了重要基础资料。为适应以遥测、巡测等自动化方式为主向“无人值守”监测方式的转变，引入了全自动蒸发站系统并开展比测。本文根据金沙江若干站点水文资料，利用差值分析方法对自动和人工水面蒸发结果进行对比分析，对其应用环境及存在的问题进行分析并提出建议，为自动蒸发系统在三堆子水文站、石鼓水文站的应用提供依据，同时又可提高水文测报质量。

作者简介：彭安修，男，云南人，助理工程师，主要从事水文测验、水文分析计算等工作。

文章引用: 彭安修, 史瑞华. PHZDF-01全自动蒸发站的应用分析[J]. 水资源研究, 2020, 9(4): 453-459. DOI: 10.12677/jwrr.2020.94048

PHZDF-01全自动蒸发站的应用分析

关键词

蒸发，人工观测，自动观测，对比分析

Copyright ? 2020 by author(s) and Wuhan University.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

Open Access

水面蒸发是水文观测要素中的一个重要内容，其观测受多种因素影响，观测方式也未有系统改革，需要改进。三堆子(四)、石鼓水文站选择PHZDF-01全自动蒸发系统，开展对比观测分析，已取得一定成效。本文选取了388个样本数据，对自动蒸发和人工观测蒸发结果进行分析，判断自动蒸发观测系统是否可以投入使用，并对产生的误差进行分析，为自动蒸发系统在水文站的应用提供依据。

2. 比测站点选择

三堆子(四)水文站，是国家基本水文站，位于金沙江攀枝花段，多年平均蒸发量为1240.2 mm，历年最大日蒸发量为10.4 mm；石鼓水文站，是国家基本水文站，位于金沙江石鼓段，多年平均蒸发量为1078.3 mm，历年最大日蒸发量为6.3 mm。两站均于2018年底安装了PHZDF-01全自动蒸发站系统，因此选取两站的相关数据进行分析。

3. 自动蒸发系统的组成及原理

3.1. 系统组成及原理

PHZDF-01全自动蒸发站系统(以下称“蒸发站”或“系统”)主要由浮子式数字水面蒸发计(以下称蒸发计)、数字雨量计(以下称雨量计)、自动补水装置、采集控制器(以下称采集器)、上位机系统、供电系统组成。

蒸发站系统以蒸发计、雨量计、溢流桶为基本观测工具，以采集器自动采集、处理、显示蒸发、降水、溢流过程信息、自动控制蒸发桶、排水过程[1]。采集器通过RS485/232通信接口与上位机系统连接，利用系统配套的应用软件可以实现水面蒸发过程信息的远程监测及资料整编入库[2]。

3.2. 计算公式

依据《水面蒸发观测规范》及中国气象局《地面气象观测规范》规定，蒸发量的计算公式为[3]：蒸发量 = (蒸发桶水位测量值 ? 蒸发桶水位起算值) + 降水量 ? 溢流量，可简化表示为：QF = (Wt ? W0) + Qj ? Qy。

4. 比测结果分析

4.1. 比测数据差值

按照《降水量观测规范》(SL21-2015) [4]、《水面蒸发观测规范》(SL630-2014) [5]进行比测。除去系统故障时不合理的数据，选取三堆子水文站206个比测数据。

由表1和图1可知，三堆子站人工和自动观测的蒸发量差值主要集中在?1 mm~2 mm之间。当P > 20 mm时，差值集中在?0.5~?0.2之间，所占比达到100%，当10 mm < P < 20 mm时，差值在?0.5~?0.2之间的比例达50%，，当0 < P < 10 mm，差值在?0.5~?0.2之间的比例为26.7%。

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水资源研究

Table 1. The difference values of the manual and automatic evaporation observation at the Shaduizi hydrologic station 表1. 三堆子水文站人工和自动蒸发比测差值分布表

全部比测数据

差值

天数

小于?4.0 ?3.0~?4.0 ?2.0~?3.0 ?1.0~?2.0 ?1.0~?0.5 ?0.5~?0.2 ?0.2~0.2 0.2~0.5 0.5~1.0 1.0~2.0 2.0~3.0 大于3.0

1 1 4 6 16 29 52 29 35 26 2 5

百分比 0.5 0.5 1.9 2.9 7.8 14.1 25.2 14.1 17 12.6 1 2.4

天数 1 1 4 6 14 21 50 26 33 24 2 5

百分比 0.5 0.5 2.2 3.2 7.5 11.2 26.7 13.9 17.7 12.8 1.1 2.7

天数 0 0 0 0 0 2 0 0 0 0 0 0

百分比 0 0 0 0 0 100 0 0 0 0 0 0

天数 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 0

百分比 0 0 0 0 0 50 50 0 0 0 0 0

无雨日

P > 20 mm

10 mm < P ≤ 20 mm

PHZDF-01全自动蒸发站的应用分析 0 mm < P ≤ 10 mm 天数 0 0 0 0 2 4 2 3 2 2 0 0

百分比 0 0 0 0 13.3 26.7 13.3 20 13.3 13.3 0 0

Figure 1. Distribution diagram of difference between manual and automatic evaporation observation at Sanduizi hydrology station 图1. 三堆子水文站人工观测与自动蒸发比测差值分布图

对石鼓站182个比测数据进行分析，如表2所示。

Table 2. The difference values of manual and automatic evaporation observation at Shigu hydrographic station 表2. 石鼓水文站人工和自动蒸发比测差值分布表

全部比测数据

差值

天数

小于?4.0

1

百分比 0.6

天数 0

百分比 0

天数 0

百分比 0

天数 0

百分比 0

天数 1

百分比 2.4

无雨日

P > 20 mm

10mm < P ≤ 20 mm

0 mm < P ≤ 10 mm

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水资源研究

PHZDF-01全自动蒸发站的应用分析 Continued

?3.0~?4.0 ?2.0~?3.0 ?1.0~?2.0 ?1.0~?0.5 ?0.5~?0.2 ?0.2~0.2 0.2~0.5 0.5~1.0 1.0~2.0 2.0~3.0 大于3.0

2 5 7 20 28 51 26 18 15 9 0

1.1 2.8 3.8 11 15.4 28 14.3 9.9 8.2 4.9 0

0 3 5 13 25 44 22 8 8 5 0

0 2.2 3.8 9.8 18.8 33.1 16.5 6 6 3.8 0

1 0 0 0 1 0 1 0 0 3 0

16.7 0 0 0 16.7 0 16.6 0 0 50 0

0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0

0 0 0 0 0 0 50 0 50 0 0

1 1 2 8 2 7 2 10 6 1 0

2.4 2.4 4.9 19.5 4.9 17.1 4.9 24.4 14.7 2.4 0

Figure 2. Distribution diagram of difference between manual and automatic evaporation observation in Shikwu hydrographic station 图2. 石鼓水文站人工观测与自动蒸发比测差值分布图

由表2和图2知，石鼓站人工和自动观测的蒸发量差值主要集中在?1 mm~1 mm之间。当P > 20 mm时，差值集中在2.0~3.0 mm之间，所占比达到50%，当10 mm < P < 20 mm时，差值在1.0~2.0 mm之间的比例达50%，当0 < P < 10 mm，差值在0.5~1.0 mm之间的比例为24.4%。

Table 3. The comparison between the manual and the automatic evaporation observation at Sanduizi hydrologic station 表3. 三堆子水文站人工观测与自动蒸发观测值对比

月份 1 2 3

人工观测蒸发量/mm

47.3 84.6 129.1

自动观测蒸发量/mm

48.9 91.1 127.5

绝对误差/mm

1.6 6.5 ?1.6

相对误差/%

3.38 7.68 ?1.24

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水资源研究

Continued

4 5 6 7

1~7月总蒸发量 日蒸发量(Max) 日蒸发量(Min)

176.5 234.2 184 72.2 927.9 9.9 0.8

156.6 208.9 170.4 65.8 869.2 9.3 0.3

PHZDF-01全自动蒸发站的应用分析 ?19.9 ?25.3 ?13.6 ?6.4 58.7 0.6 0.5

?11.27 ?10.8 ?7.39 ?8.86 6.3 6.1 62.5

由表3可知，三堆子站各个月的人工观测与自动蒸发观测结果的误差及其变化。

经过对比分析，三堆子站1~3月份数据人工观测与自动蒸发值误差较小。不管是总蒸发量还是日蒸发量的最值，人工观测与自动蒸发观测误差都不是很大。1~3月，人工观测与自动蒸发总蒸发量相对误差绝对值仅为2.5%。

Table4. Comparison of manual and automatic evaporation observation at Shigu hydrographic station 表4. 石鼓水文站人工观测与自动蒸发观测对比

月份 2 3 4 5 6 7

1~7月总蒸发量 日蒸发量(Max) 日蒸发量(Min)

人工观测蒸发量/mm

85.3 105 117.8 154.7 136.9 63.8 694.9 6.9 0.6

自动观测蒸发量/mm

83.2 103.5 121.7 154.2 127.4 57.4 680 7.7 0.4

绝对误差/mm

?2.1 ?1.5 3.9 ?0.5 ?9.5 ?6.4 14.9 ?0.8 0.2

相对误差/%

?2.5 ?1.4 3.3 ?0.3 ?6.9 ?10 2.1 ?11.6 33.3

由表4可知，石鼓站各个月的人工观测与自动蒸发观测结果的误差及其变化。

经过对比分析，石鼓站人工观测与自动蒸发观测总蒸发量相对误差为2.1%，两者相差不是很大，日蒸发量最大和最小值之间绝对误差分别为?0.8和0.2，未出现较大的变化。

4.2. 相关性分析

由于从4月开始，攀枝花降雨天数增多，选取1~3月的数据进行相关性分析，得出自动与人工观测的日蒸发量相关关系见图3~4。

对三堆子站1~3月自动观测蒸发量与人工观测蒸发量进行相关分析，二者观测的蒸发量具有良好的相关性，相关系数R2为0.9308，两组数据相关性较强。

对石鼓站1~5月自动观测蒸发量与人工观测蒸发量进行相关分析，两者的相关系数R2为0.8484。大部分点据呈线性分布，少部分点比较分散。

DOI: 10.12677/jwrr.2020.94048

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