晉坪水文站人工與自動(dòng)水文蒸發(fā)觀測結(jié)果比測分析

黃 敏，楊小鳳，殷 勇，龍 斌，劉環(huán)球

（江西省宜春水文局，江西 宜春 336000）

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)及科技的快速發(fā)展，水文觀測手段有了很大改進(jìn)，目前已在全省范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了降水量采集、傳輸、處理自動(dòng)化，國內(nèi)蒸發(fā)自動(dòng)觀測技術(shù)研發(fā)也取得突破。但尚未全面掌握該設(shè)備的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性、適用性等情況，非常有必要進(jìn)行對(duì)比觀測和分析研究，充分掌握設(shè)備性能和使用維護(hù)方法，為進(jìn)一步完善和推廣水面蒸發(fā)自動(dòng)測報(bào)技術(shù)、實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)歷史資料有效延續(xù)奠定基礎(chǔ)[1]。為了更好地研究和推廣自動(dòng)蒸發(fā)觀測技術(shù)的應(yīng)用，結(jié)合宜春水文局比測試驗(yàn)站點(diǎn)—晉坪水文站實(shí)際情況，通過從2017年1月至今的比測試驗(yàn)，積累了近一年的比測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行對(duì)比分析。

1 晉坪水文站情況

晉坪水文站于1965年冬設(shè)立，集水面積304 km2，屬二類精度站，位于奉新縣上富鎮(zhèn)高坪村晉坪組，是南潦河區(qū)域代表站。觀測項(xiàng)目有水位、流量、降水量、蒸發(fā)。觀測場周圍地勢(shì)為南高北低，北面為稻田，南面為山谷、稻田，西面是站房；東面為高坡雜林。土質(zhì)山地為粘土，菜地、稻田為沙壤土。場地高程：黃海基面約100 m。晉坪水文站多年平均降雨量為1921.0 mm，多年平均蒸發(fā)量為596.7 mm，歷年最大日降雨量為222.9 mm，出現(xiàn)在1977年6月14日；歷年最大日蒸發(fā)量為6.4 mm，出現(xiàn)在2013年8月13日。

觀測場內(nèi)主要儀器設(shè)備有直立式雨量器、虹吸式自記雨量計(jì)、E601型人工觀測蒸發(fā)器、JY.FFZ-1型遙測水面蒸發(fā)器。晉坪水文站觀測場及儀器位置見圖1。

圖1 晉坪水文站觀測場及儀器位置圖

2 比測資料

收集了2017年1月19日至2017年12月31日共287天人工觀測蒸發(fā)、降水量數(shù)據(jù)，自動(dòng)蒸發(fā)、蒸發(fā)配套降水量數(shù)據(jù)，虹吸式雨量計(jì)降水量數(shù)據(jù)（虹吸雨量數(shù)據(jù)從5月19號(hào)開始使用）。收集的人工觀測及試驗(yàn)資料真實(shí)可靠，可用于比對(duì)分析。

3 誤差分析方法

3.1 差值

比測差值為測量值減真實(shí)值的差值，為自動(dòng)與人工觀測值之間差異的指標(biāo)，計(jì)算公式如下：

式中：Δi為i日/月/年人工與自動(dòng)蒸發(fā)觀測系統(tǒng)降雨量比測、蒸發(fā)量比測、及自動(dòng)蒸發(fā)觀測系統(tǒng)液位精度實(shí)驗(yàn)比測的差值；Zi為i日/月/年自動(dòng)蒸發(fā)觀測系統(tǒng)降雨量觀測值、蒸發(fā)量觀測值、及自動(dòng)蒸發(fā)觀測系統(tǒng)液位精度實(shí)驗(yàn)自動(dòng)液位觀測值；Li為i日/月/年人工蒸發(fā)觀測系統(tǒng)降雨量觀測值、蒸發(fā)量觀測值、及自動(dòng)蒸發(fā)觀測系統(tǒng)液位精度實(shí)驗(yàn)人工觀測值。

3.2 相對(duì)誤差

比測相對(duì)誤差為絕對(duì)誤差除以真實(shí)值，即自動(dòng)與人工觀測之絕對(duì)誤差除以人工觀測值[2]，計(jì)算公式如下：

式中：δi為i日/月/年人工與自動(dòng)蒸發(fā)觀測系統(tǒng)降雨量比測、蒸發(fā)量比測、及自動(dòng)蒸發(fā)觀測系統(tǒng)液位精度實(shí)驗(yàn)比測的相對(duì)誤差；Δi為i日/月/年人工與自動(dòng)蒸發(fā)觀測系統(tǒng)降雨量比測、蒸發(fā)量比測、及自動(dòng)蒸發(fā)液位精度實(shí)驗(yàn)比測的絕對(duì)誤差；Li為i日/月/年人工蒸發(fā)觀測系統(tǒng)降雨量觀測值、蒸發(fā)量觀測值、及自動(dòng)蒸發(fā)觀測系統(tǒng)液位精度實(shí)驗(yàn)比測人工觀測值。

3.3 人工與自動(dòng)蒸發(fā)觀測一致率分析

一致率，即對(duì)比觀測時(shí)間內(nèi)人工、自動(dòng)水面蒸發(fā)比測絕對(duì)誤差小于1.0 mm的天數(shù)，占總觀測天數(shù)的百分比。

式中：Y為自動(dòng)與人工水面蒸發(fā)觀測一致率，%；y為自動(dòng)與人工水面蒸發(fā)觀測絕對(duì)誤差小于1.00mm的天數(shù)；P總為自動(dòng)或人工水面蒸發(fā)觀測總有效天數(shù)。

4 結(jié)果分析

4.1 差值分析

將晉坪水文站2017年1月19日至12月31日收集的共287天（其中1月19日開始傳送數(shù)據(jù),3月16日起至5月13日,自動(dòng)蒸發(fā)儀器出現(xiàn)故障，沒有數(shù)據(jù)，故不參加比測分析）人工觀測蒸發(fā)量和自動(dòng)蒸發(fā)觀測值進(jìn)行比測分析，計(jì)算絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差。見表1、圖2。

表1 晉坪站2017年人工、自動(dòng)水面蒸發(fā)比測差值分布表

圖2 晉坪站2017年人工、自動(dòng)水面蒸發(fā)比測差值分布圖

由表1、圖2可知，人工和自動(dòng)觀測的蒸發(fā)差值主要集中在-1.0 mm～1.0 mm之間，而無雨日則更為集中。其中以誤差值在-0.2 mm～0.2 mm之間的天數(shù)居多。P＞50 mm最大，天數(shù)百分比達(dá)到50%；25 mm＜P≤50 mm次之，天數(shù)百分比為46%；0＜P≤25 mm最小，天數(shù)百分比僅為37%。即在水文觀測中，對(duì)于降雨量0＜P≤25 mm時(shí)人工與自動(dòng)觀測蒸發(fā)誤差最小，均不影響觀測準(zhǔn)確性；當(dāng)降雨量P＞50 mm時(shí)二者之間誤差較大，對(duì)測量數(shù)據(jù)精確度影響較大。因此，在水文蒸發(fā)測量工作中，應(yīng)根據(jù)降雨量大小選擇適當(dāng)?shù)挠^測方式。

4.2 人工與自動(dòng)蒸發(fā)觀測一致性分析

統(tǒng)計(jì)晉坪站2017年1月19日至12月31日人工和自動(dòng)蒸發(fā)觀測值絕對(duì)誤差小于1.0 mm的天數(shù)，計(jì)算月、年一致率，見表2。

表2 晉坪站2017年人工、自動(dòng)蒸發(fā)觀測一致率分析

由表2可知，2017年晉坪站人工與自動(dòng)蒸發(fā)觀測值的月一致率最高為1月、3月、5月、6月，一致率均為100%；最低為9月份為80.0%；達(dá)到80%以上的有11個(gè)月，其余1個(gè)月一致率是80.0%；全年總觀測天數(shù)為287天，一致270天，一致率為94.1%。造成這種現(xiàn)象的原因主要是7、8、9月份降雨量較大，人工與自動(dòng)水文蒸發(fā)觀測的誤差值較大，導(dǎo)致水文蒸發(fā)觀測數(shù)據(jù)一致率交底。符合誤差分析結(jié)果規(guī)律。

5 結(jié)論及建議

本次水文觀測過程中，通過對(duì)287天蒸發(fā)量的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)晉坪水文站的水文觀測結(jié)果誤差小于等于0.5 mm的有226天，占78.7%：誤差小于等于1.0 mm的有271天，占總天數(shù)的94.4%：誤差大于1.0 mm的有16天，占總天數(shù)的5.57%。全年蒸發(fā)數(shù)據(jù)關(guān)系較集中，有較好的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系,但仍需繼續(xù)增加對(duì)比觀測。

根據(jù)目前情況，加強(qiáng)系統(tǒng)運(yùn)行情況監(jiān)察及人工觀測，改進(jìn)自動(dòng)蒸發(fā)數(shù)據(jù)網(wǎng)上查詢系統(tǒng)，以便可以隨時(shí)在網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)監(jiān)測本站的自動(dòng)蒸發(fā)數(shù)據(jù)，對(duì)于有疑義的數(shù)據(jù)可以當(dāng)即查找原因并及時(shí)解決，為水文研究提供更加可靠的數(shù)據(jù)。