郭日晶

（百色市水文水資源局，廣西 百色 533000）

CQS.FFH-2型水面遙測(cè)蒸發(fā)器的應(yīng)用

郭日晶

（百色市水文水資源局，廣西 百色 533000）

介紹了CQS.FFH-2型水面遙測(cè)蒸發(fā)器的系統(tǒng)組成及工作原理，分析了其在百色水文站的應(yīng)用情況，探討了水面蒸發(fā)測(cè)驗(yàn)設(shè)備的遙測(cè)自動(dòng)化改革方案。

CQS.FFH-2；遙測(cè)蒸發(fā)器；工作原理；應(yīng)用分析

1 概述

CQS.FFH-2型水面遙測(cè)蒸發(fā)器是由重慶華正水文儀器有限公司研制并經(jīng)有關(guān)部門(mén)檢驗(yàn)合格的蒸發(fā)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備，用于自動(dòng)連續(xù)觀測(cè)水面蒸發(fā)在不同時(shí)間段變化規(guī)律的儀器。2012年4月，百色水文站引進(jìn)CQS.FFH-2型水面遙測(cè)蒸發(fā)器監(jiān)測(cè)設(shè)備投入試運(yùn)行，該儀器運(yùn)行正常穩(wěn)定，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集正常，無(wú)缺測(cè)、漏測(cè)現(xiàn)象。

2 設(shè)備工作原理及組成

2.1 工作原理

當(dāng)蒸發(fā)桶或蒸發(fā)池內(nèi)水位下降或升高帶動(dòng)高精度液位傳感器浮子下降或升高，液位傳感器將浮子下降或升高的高度變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，高精度雨量傳感器通過(guò)0.1 mm翻斗將雨量轉(zhuǎn)換成開(kāi)關(guān)信號(hào)，水面遙測(cè)蒸發(fā)器直接連接液位、雨量傳感器自動(dòng)采集水位，雨量信號(hào)，通過(guò)判斷、分析、計(jì)算后得出水位下降高度值、日降雨量、日蒸發(fā)量和某段時(shí)間內(nèi)的累計(jì)蒸發(fā)量。當(dāng)蒸發(fā)桶內(nèi)水位下降到一定高度后，水面遙測(cè)蒸發(fā)器會(huì)自動(dòng)控制補(bǔ)水泵給蒸發(fā)桶補(bǔ)水，補(bǔ)水到一定高度后會(huì)自動(dòng)停止補(bǔ)水，水面遙測(cè)蒸發(fā)器在整個(gè)補(bǔ)水過(guò)程結(jié)束后不會(huì)影響降雨量和蒸發(fā)量。水面遙測(cè)蒸發(fā)器還將降雨量、蒸發(fā)量及時(shí)間等數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)存儲(chǔ)、顯示，并通過(guò)無(wú)線發(fā)射裝置定時(shí)或加報(bào)方式將監(jiān)測(cè)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上專用服務(wù)器內(nèi)，以供互聯(lián)網(wǎng)上授權(quán)用戶調(diào)用、查看，隨時(shí)掌握水面蒸發(fā)、降雨數(shù)據(jù)，也可將監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送到手機(jī)上。CQS.FFH-2型水面遙測(cè)蒸發(fā)器利用中國(guó)移動(dòng)GSM/GPRS網(wǎng)、Internet互聯(lián)網(wǎng)、計(jì)算機(jī)就組成了水面遙測(cè)蒸發(fā)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。原理見(jiàn)圖1所示。

圖1 CQS.FFH-2型水面遙測(cè)蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)原理圖

2.2 系統(tǒng)組成

CQS.FFH-2型水面遙測(cè)蒸發(fā)器主要由浮子式液位傳感器、0.1 mm翻斗雨量計(jì)、水面遙測(cè)蒸發(fā)器主機(jī)、補(bǔ)水泵、無(wú)線數(shù)據(jù)發(fā)射裝置、太陽(yáng)能電池板、太陽(yáng)能充電控制器、12 V蓄電池、室外機(jī)箱等組成，（見(jiàn)圖2）。

圖2 CQS.FFH-2型水面遙測(cè)蒸發(fā)器

CQS.FFH-2型水面遙測(cè)蒸發(fā)器可直接與現(xiàn)有的E601型蒸發(fā)桶配套使用，水位傳感器為蒸發(fā)量觀測(cè)器具，以JD01A型雨量傳感器為降水量觀測(cè)器具，以水面遙測(cè)蒸發(fā)器主機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)與處理（包括處理蒸發(fā)、降水、溢流數(shù)據(jù)并完成蒸發(fā)量自動(dòng)補(bǔ)水、溢流量自動(dòng)識(shí)別控制）并通過(guò)無(wú)線發(fā)射裝置定時(shí)將監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)無(wú)線發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)專用服務(wù)器內(nèi)，完成水面蒸發(fā)、降水過(guò)程的高精度實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。

2.3 設(shè)備功能

（1）自動(dòng)采集蒸發(fā)傳感器、雨量傳感器等各種輸出信號(hào)；

（2）計(jì)算實(shí)時(shí)蒸發(fā)量，統(tǒng)計(jì)累計(jì)降雨量和蒸發(fā)量；

（3）控制蒸發(fā)桶的自動(dòng)補(bǔ)水和自動(dòng)溢流；

（4）有專門(mén)的輸出接口，便于各種傳輸和通信。

2.4 主要技術(shù)指標(biāo)

（1）蒸發(fā)水位測(cè)量范圍：0～100 mm；

（2）雨量傳感器承雨口徑：φ200+0.6mm；

（3）適用降雨強(qiáng)度：0～4 mm/min；

（4）分辨力：水位0.1 mm；雨量0.1 mm；

（5）測(cè)量精度：水位±0.2mm（±0.2%FS）；雨量±4%；

（6）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量2 M；

（7）RS232或RS485數(shù)字量輸出；

（8）電源電壓：12V/DC（太陽(yáng)能供電，配12V/31Ah蓄電池）；

（9）蒸發(fā)桶內(nèi)水位從標(biāo)準(zhǔn)水位下降30 mm以上時(shí)，儀器自動(dòng)補(bǔ)水到標(biāo)準(zhǔn)水位；

（10）環(huán)境溫度：0℃～+70℃；（11）相對(duì)濕度：95%（40℃）。

3 CQS.FFH-2型水面遙測(cè)蒸發(fā)的應(yīng)用

現(xiàn)采用百色水文站2013年1月1日至2013年12月31日E601型人工觀測(cè)蒸發(fā)量與CQS.FFH-2型水面遙測(cè)蒸發(fā)量的比測(cè)資料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比較。

3.1 降水量資料分析

降水量資料采用2013年1月1日～2013年12月31日人工觀測(cè)雨量與JDO1A型雨量傳感器同步觀測(cè)的雨量資料進(jìn)行分析。通過(guò)統(tǒng)計(jì)，兩種觀測(cè)取得的資料比測(cè)誤差較小，年總量誤差為2.9%；日最大雨量誤差最大的是5月9日，該日的人工測(cè)量雨量為73.0 mm，遙測(cè)雨量為75.4 mm，誤差為2.4 mm，相對(duì)誤差為3.3%；一次降水過(guò)程最大誤差是5月9日～10日，該過(guò)程人工測(cè)量值為73.0 mm，遙測(cè)值為75.7 mm，誤差為2.7 mm，相對(duì)誤差為3.7%；月總雨量誤差最大的為6月份，月人工測(cè)量雨量為142.5 mm，遙測(cè)雨量為148.0 mm，誤差為5.5 mm，相對(duì)誤差為3.9%，月雨量誤差最小的為0.7 mm。據(jù)分析，遙測(cè)值與人工測(cè)量值誤差有隨著雨量增大而增大趨勢(shì)，但誤差控制較好，總體上誤差滿足精度要求，表明人工觀測(cè)的雨量與JDO1A型雨量傳感器同步觀測(cè)的雨量誤差很小，監(jiān)測(cè)的精度較高，JDO1A型雨量傳感器的性能是穩(wěn)定的，受外界惡劣環(huán)境影響較小。各月降雨總量對(duì)比分析詳見(jiàn)表1。

表1 各月降雨總量對(duì)比分析mm

3.2 蒸發(fā)量對(duì)比資料分析

（1）遙測(cè)監(jiān)測(cè)與人工觀測(cè)日蒸發(fā)量誤差對(duì)比分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 遙測(cè)監(jiān)測(cè)與人工觀測(cè)日蒸發(fā)量誤差統(tǒng)計(jì)表

由表2可知，遙測(cè)監(jiān)測(cè)與人工觀測(cè)比測(cè)日蒸發(fā)量誤差分析，誤差 ±0.3 mm天數(shù)達(dá)55.9%，誤差 ±0.6 mm天數(shù)達(dá)77.0%，誤差 ±1.0 mm天數(shù)達(dá)94.8%，說(shuō)明兩者觀測(cè)的誤差較小，取得良好的比測(cè)成果。9月3日蒸發(fā)誤差達(dá)4.5 mm、11月10日蒸發(fā)誤差為3.8 mm，經(jīng)分析均是因?yàn)橄麓笥?，人工影響產(chǎn)生誤差所致。

（2）遙測(cè)監(jiān)測(cè)與人工觀測(cè)月蒸發(fā)量誤差分析見(jiàn)表3。

表3 遙測(cè)監(jiān)測(cè)與人工觀測(cè)月蒸發(fā)量誤差統(tǒng)計(jì)表

由表3可知，遙測(cè)監(jiān)測(cè)與人工觀測(cè)年總量對(duì)比，誤差為10.2 mm，相對(duì)誤差為0.94%；月蒸發(fā)量最大誤差5.5 mm；月最大值最大誤差0.8 mm，月最小值最大誤差0.0 mm，從上述對(duì)比成果誤差分析得，遙測(cè)監(jiān)測(cè)的蒸發(fā)量與人工觀測(cè)的蒸發(fā)量誤差小，符合觀測(cè)技術(shù)要求。

（3）相關(guān)圖分析。將人工觀測(cè)與遙測(cè)監(jiān)測(cè)的逐日蒸發(fā)量對(duì)比資料數(shù)據(jù)，繪制散點(diǎn)圖（見(jiàn)圖3）。從圖3可見(jiàn)，兩組數(shù)據(jù)點(diǎn)子密集，呈直線趨勢(shì)，建立遙測(cè)蒸發(fā)量y對(duì)人工蒸發(fā)量x對(duì)的回歸直線方程，從圖3可得，兩者的相關(guān)系數(shù)為0.93，說(shuō)明兩種觀測(cè)方式取得的資料點(diǎn)子存在相關(guān)關(guān)系，且關(guān)系是密切的。

圖3 人工與遙測(cè)蒸發(fā)量值相關(guān)圖

3.3 對(duì)比測(cè)蒸發(fā)量誤差分析

（1）降水量是影響蒸發(fā)量誤差的一個(gè)重要因素。將有降水之日的蒸發(fā)量單獨(dú)統(tǒng)計(jì)出來(lái)分析，有降水之日的蒸發(fā)資料數(shù)據(jù)共98組，從數(shù)據(jù)上看，降雨強(qiáng)度大，觀測(cè)的蒸發(fā)量誤差不一定就大，例如：5月9日，人工觀測(cè)雨量73.0 mm，遙測(cè)雨量75.4 mm，誤差2.4 mm，而兩者觀測(cè)的蒸發(fā)量誤差僅為0.5 mm。這說(shuō)明雖然降暴雨時(shí)，人工監(jiān)測(cè)的雨量與遙測(cè)雨量存在一定的誤差，但通過(guò)儀器自動(dòng)辨別和處理，能有效地控制和減少蒸發(fā)量的誤差。

（2）人工觀測(cè)時(shí)精度直接影響蒸發(fā)量。人工觀測(cè)一般每日進(jìn)行1～2次（一般為每日8時(shí)一次）觀測(cè)，其把降雨和不降雨的誤差都累積在一起了，特別是對(duì)間斷性降雨期間的蒸發(fā)量計(jì)算，不能有效地區(qū)分開(kāi)來(lái)，這樣計(jì)算出的日蒸發(fā)量誤差就會(huì)較大；而儀器是采用高精度液位傳感器來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)蒸發(fā)桶內(nèi)水位變化，是隔0.5 h監(jiān)測(cè)分析一次，在降大暴雨時(shí)其優(yōu)勢(shì)更為突出，該儀器能把降雨和不降雨的時(shí)段區(qū)分出來(lái)，在自動(dòng)測(cè)量過(guò)程中能將一些外界干擾的因素進(jìn)行處理，特別是對(duì)一些突變的水位變化，如：特大值特小值進(jìn)行自動(dòng)判斷，在消除隨機(jī)誤差方面儀器觀測(cè)明顯優(yōu)于人工觀測(cè)。

（3）人工觀測(cè)雨量中，有雨無(wú)量的問(wèn)題。因遙測(cè)設(shè)備分辯率是0.1 mm，降水量達(dá)到0.1 mm就會(huì)有一信號(hào)被采集儲(chǔ)存，而人工觀測(cè)一般是早上8時(shí)，大雨時(shí)才適當(dāng)加測(cè)，所以在當(dāng)降雨量不大時(shí)（小于0.2 mm時(shí)），有可能在早上8時(shí)觀測(cè)前所降的水量已經(jīng)蒸發(fā)掉，造成人為降水量觀測(cè)誤差，也帶來(lái)蒸發(fā)量的誤差。從這種情況看，遙測(cè)蒸發(fā)器可以自動(dòng)消除這種人為的誤差，使蒸發(fā)值更能反應(yīng)真實(shí)情況。

4 應(yīng)用分析

4.1 設(shè)備適用地域性廣

根據(jù)了解，廣西水文系統(tǒng)中安裝有CQS.FFH-2型水面蒸發(fā)遙測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備的市局有百色（1套）、桂林（4套）、柳州（2套）、河池（2套）、來(lái)賓（2套）、貴港（1套）等局，目前有百色、桂林（1套）、來(lái)賓（1套）市局已經(jīng)通過(guò)比測(cè)分析報(bào)經(jīng)區(qū)局批復(fù)，獲正式使用，其它市局目前正在進(jìn)行比測(cè)當(dāng)中，說(shuō)明設(shè)備的適用地域性很好，適合在廣西推廣使用。

4.2 設(shè)備安裝維護(hù)簡(jiǎn)便

本套設(shè)備可以直接與安裝的E601蒸發(fā)桶配合使用，把高精度的水位傳感器的浮子安裝在原來(lái)的測(cè)針支架上即可，不用另外安裝任何支架，只需要增加一套自動(dòng)補(bǔ)水裝置。其他遙測(cè)設(shè)備與蓄電池均整合到一個(gè)儀器箱中，RTU采用模塊化設(shè)計(jì)，在進(jìn)行調(diào)試與維護(hù)過(guò)程中操作簡(jiǎn)單，通俗易懂，工作人員容易上手操作。

4.3 自動(dòng)化程度高

本設(shè)備具有把監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)在本地存儲(chǔ)和實(shí)時(shí)遠(yuǎn)傳功能，整套儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，只要保證儲(chǔ)水桶中有水，其他均無(wú)需人工進(jìn)行干預(yù)，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)軟件處理形成逐日的蒸發(fā)量表格輸出，自動(dòng)化程度高，滿足無(wú)人值守功能。非常適合水文測(cè)驗(yàn)方式改革要求，對(duì)老一代需要進(jìn)行人工觀測(cè)的E601水面蒸發(fā)器進(jìn)行合理改造，使之具有自動(dòng)化、遙測(cè)化功能，從而解決目前人少事多，人手不足的困境。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)百色站CQS.FFH-2型水面蒸發(fā)遙測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)對(duì)比分析，認(rèn)為該遙測(cè)監(jiān)測(cè)設(shè)備滿足我們目前開(kāi)展的水文測(cè)驗(yàn)方式改革要求，是中小河流水文監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)中值得推廣使用的設(shè)備。對(duì)我們?cè)瓉?lái)老一代、落后的、需要人工進(jìn)行操作的設(shè)備進(jìn)行遙測(cè)自動(dòng)化改造是我們水文測(cè)驗(yàn)方式改革的必由之路，只有這樣才能把原來(lái)固守測(cè)站的工作方式轉(zhuǎn)變成遙測(cè)自動(dòng)化無(wú)人值守的工作方式，真正把水文人從哨兵轉(zhuǎn)變成偵察兵。

（責(zé)任編輯：劉征湛）

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，廣西田陽(yáng)人、百色市水文水資源局工程師，主要從事水文與水資源測(cè)驗(yàn)與管理工作。