CQS.FFH-2型水面遙測蒸發器的應用

郭日晶

（百色市水文水資源局，廣西 百色 533000）

CQS.FFH-2型水面遙測蒸發器的應用

郭日晶

（百色市水文水資源局，廣西 百色 533000）

介紹了CQS.FFH-2型水面遙測蒸發器的系統組成及工作原理，分析了其在百色水文站的應用情況，探討了水面蒸發測驗設備的遙測自動化改革方案。

CQS.FFH-2；遙測蒸發器；工作原理；應用分析

1 概述

CQS.FFH-2型水面遙測蒸發器是由重慶華正水文儀器有限公司研制并經有關部門檢驗合格的蒸發量自動監測設備，用于自動連續觀測水面蒸發在不同時間段變化規律的儀器。2012年4月，百色水文站引進CQS.FFH-2型水面遙測蒸發器監測設備投入試運行，該儀器運行正常穩定，監測數據收集正常，無缺測、漏測現象。

2 設備工作原理及組成

2.1 工作原理

當蒸發桶或蒸發池內水位下降或升高帶動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換成電信號，高精度雨量傳感器通過0.1 mm翻斗將雨量轉換成開關信號，水面遙測蒸發器直接連接液位、雨量傳感器自動采集水位，雨量信號，通過判斷、分析、計算后得出水位下降高度值、日降雨量、日蒸發量和某段時間內的累計蒸發量。當蒸發桶內水位下降到一定高度后，水面遙測蒸發器會自動控制補水泵給蒸發桶補水，補水到一定高度后會自動停止補水，水面遙測蒸發器在整個補水過程結束后不會影響降雨量和蒸發量。水面遙測蒸發器還將降雨量、蒸發量及時間等數據進行現場存儲、顯示，并通過無線發射裝置定時或加報方式將監測的實時數據和歷史數據自動發送到互聯網上專用服務器內，以供互聯網上授權用戶調用、查看，隨時掌握水面蒸發、降雨數據，也可將監測實時數據發送到手機上。CQS.FFH-2型水面遙測蒸發器利用中國移動GSM/GPRS網、Internet互聯網、計算機就組成了水面遙測蒸發自動監測系統。原理見圖1所示。

圖1 CQS.FFH-2型水面遙測蒸發器結構原理圖

2.2 系統組成

CQS.FFH-2型水面遙測蒸發器主要由浮子式液位傳感器、0.1 mm翻斗雨量計、水面遙測蒸發器主機、補水泵、無線數據發射裝置、太陽能電池板、太陽能充電控制器、12 V蓄電池、室外機箱等組成，（見圖2）。

圖2 CQS.FFH-2型水面遙測蒸發器

CQS.FFH-2型水面遙測蒸發器可直接與現有的E601型蒸發桶配套使用，水位傳感器為蒸發量觀測器具，以JD01A型雨量傳感器為降水量觀測器具，以水面遙測蒸發器主機完成數據的采集、存儲與處理（包括處理蒸發、降水、溢流數據并完成蒸發量自動補水、溢流量自動識別控制）并通過無線發射裝置定時將監測的數據無線發送到互聯網專用服務器內，完成水面蒸發、降水過程的高精度實時在線監測。

2.3 設備功能

（1）自動采集蒸發傳感器、雨量傳感器等各種輸出信號；

（2）計算實時蒸發量，統計累計降雨量和蒸發量；

（3）控制蒸發桶的自動補水和自動溢流；

（4）有專門的輸出接口，便于各種傳輸和通信。

2.4 主要技術指標

（1）蒸發水位測量范圍：0～100 mm；

（2）雨量傳感器承雨口徑：φ200+0.6mm；

（3）適用降雨強度：0～4 mm/min；

（4）分辨力：水位0.1 mm；雨量0.1 mm；

（5）測量精度：水位±0.2mm（±0.2%FS）；雨量±4%；

（6）數據存儲容量2 M；

（7）RS232或RS485數字量輸出；

（8）電源電壓：12V/DC（太陽能供電，配12V/31Ah蓄電池）；

（9）蒸發桶內水位從標準水位下降30 mm以上時，儀器自動補水到標準水位；

（10）環境溫度：0℃～+70℃；（11）相對濕度：95%（40℃）。

3 CQS.FFH-2型水面遙測蒸發的應用

現采用百色水文站2013年1月1日至2013年12月31日E601型人工觀測蒸發量與CQS.FFH-2型水面遙測蒸發量的比測資料數據進行分析比較。

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日人工觀測雨量與JDO1A型雨量傳感器同步觀測的雨量資料進行分析。通過統計，兩種觀測取得的資料比測誤差較小，年總量誤差為2.9%；日最大雨量誤差最大的是5月9日，該日的人工測量雨量為73.0 mm，遙測雨量為75.4 mm，誤差為2.4 mm，相對誤差為3.3%；一次降水過程最大誤差是5月9日～10日，該過程人工測量值為73.0 mm，遙測值為75.7 mm，誤差為2.7 mm，相對誤差為3.7%；月總雨量誤差最大的為6月份，月人工測量雨量為142.5 mm，遙測雨量為148.0 mm，誤差為5.5 mm，相對誤差為3.9%，月雨量誤差最小的為0.7 mm。據分析，遙測值與人工測量值誤差有隨著雨量增大而增大趨勢，但誤差控制較好，總體上誤差滿足精度要求，表明人工觀測的雨量與JDO1A型雨量傳感器同步觀測的雨量誤差很小，監測的精度較高，JDO1A型雨量傳感器的性能是穩定的，受外界惡劣環境影響較小。各月降雨總量對比分析詳見表1。

表1 各月降雨總量對比分析mm

3.2 蒸發量對比資料分析

（1）遙測監測與人工觀測日蒸發量誤差對比分析結果見表2。

表2 遙測監測與人工觀測日蒸發量誤差統計表

由表2可知，遙測監測與人工觀測比測日蒸發量誤差分析，誤差 ±0.3 mm天數達55.9%，誤差 ±0.6 mm天數達77.0%，誤差 ±1.0 mm天數達94.8%，說明兩者觀測的誤差較小，取得良好的比測成果。9月3日蒸發誤差達4.5 mm、11月10日蒸發誤差為3.8 mm，經分析均是因為下大雨，人工影響產生誤差所致。

（2）遙測監測與人工觀測月蒸發量誤差分析見表3。

表3 遙測監測與人工觀測月蒸發量誤差統計表

由表3可知，遙測監測與人工觀測年總量對比，誤差為10.2 mm，相對誤差為0.94%；月蒸發量最大誤差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，從上述對比成果誤差分析得，遙測監測的蒸發量與人工觀測的蒸發量誤差小，符合觀測技術要求。

（3）相關圖分析。將人工觀測與遙測監測的逐日蒸發量對比資料數據，繪制散點圖（見圖3）。從圖3可見，兩組數據點子密集，呈直線趨勢，建立遙測蒸發量y對人工蒸發量x對的回歸直線方程，從圖3可得，兩者的相關系數為0.93，說明兩種觀測方式取得的資料點子存在相關關系，且關系是密切的。

圖3 人工與遙測蒸發量值相關圖

3.3 對比測蒸發量誤差分析

（1）降水量是影響蒸發量誤差的一個重要因素。將有降水之日的蒸發量單獨統計出來分析，有降水之日的蒸發資料數據共98組，從數據上看，降雨強度大，觀測的蒸發量誤差不一定就大，例如：5月9日，人工觀測雨量73.0 mm，遙測雨量75.4 mm，誤差2.4 mm，而兩者觀測的蒸發量誤差僅為0.5 mm。這說明雖然降暴雨時，人工監測的雨量與遙測雨量存在一定的誤差，但通過儀器自動辨別和處理，能有效地控制和減少蒸發量的誤差。

（2）人工觀測時精度直接影響蒸發量。人工觀測一般每日進行1～2次（一般為每日8時一次）觀測，其把降雨和不降雨的誤差都累積在一起了，特別是對間斷性降雨期間的蒸發量計算，不能有效地區分開來，這樣計算出的日蒸發量誤差就會較大；而儀器是采用高精度液位傳感器來實時監測蒸發桶內水位變化，是隔0.5 h監測分析一次，在降大暴雨時其優勢更為突出，該儀器能把降雨和不降雨的時段區分出來，在自動測量過程中能將一些外界干擾的因素進行處理，特別是對一些突變的水位變化，如：特大值特小值進行自動判斷，在消除隨機誤差方面儀器觀測明顯優于人工觀測。

（3）人工觀測雨量中，有雨無量的問題。因遙測設備分辯率是0.1 mm，降水量達到0.1 mm就會有一信號被采集儲存，而人工觀測一般是早上8時，大雨時才適當加測，所以在當降雨量不大時（小于0.2 mm時），有可能在早上8時觀測前所降的水量已經蒸發掉，造成人為降水量觀測誤差，也帶來蒸發量的誤差。從這種情況看，遙測蒸發器可以自動消除這種人為的誤差，使蒸發值更能反應真實情況。

4 應用分析

4.1 設備適用地域性廣

根據了解，廣西水文系統中安裝有CQS.FFH-2型水面蒸發遙測監測設備的市局有百色（1套）、桂林（4套）、柳州（2套）、河池（2套）、來賓（2套）、貴港（1套）等局，目前有百色、桂林（1套）、來賓（1套）市局已經通過比測分析報經區局批復，獲正式使用，其它市局目前正在進行比測當中，說明設備的適用地域性很好，適合在廣西推廣使用。

4.2 設備安裝維護簡便

本套設備可以直接與安裝的E601蒸發桶配合使用，把高精度的水位傳感器的浮子安裝在原來的測針支架上即可，不用另外安裝任何支架，只需要增加一套自動補水裝置。其他遙測設備與蓄電池均整合到一個儀器箱中，RTU采用模塊化設計，在進行調試與維護過程中操作簡單，通俗易懂，工作人員容易上手操作。

4.3 自動化程度高

本設備具有把監測的數據在本地存儲和實時遠傳功能，整套儀器結構簡單，只要保證儲水桶中有水，其他均無需人工進行干預，數據經過軟件處理形成逐日的蒸發量表格輸出，自動化程度高，滿足無人值守功能。非常適合水文測驗方式改革要求，對老一代需要進行人工觀測的E601水面蒸發器進行合理改造，使之具有自動化、遙測化功能，從而解決目前人少事多，人手不足的困境。

5 結語

通過對百色站CQS.FFH-2型水面蒸發遙測監測設備的數據對比分析，認為該遙測監測設備滿足我們目前開展的水文測驗方式改革要求，是中小河流水文監測系統建設中值得推廣使用的設備。對我們原來老一代、落后的、需要人工進行操作的設備進行遙測自動化改造是我們水文測驗方式改革的必由之路，只有這樣才能把原來固守測站的工作方式轉變成遙測自動化無人值守的工作方式，真正把水文人從哨兵轉變成偵察兵。

（責任編輯：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，廣西田陽人、百色市水文水資源局工程師，主要從事水文與水資源測驗與管理工作。