汤华敏

（江西省源河工程有限责任公司，江西 南昌 330009）

1 开垦河站基本情况

开垦河是发源于新疆的内流河，位于新疆北部，流经奇台东北灌区。开垦河水文站位于开垦河发源地沙尔勒克达坂下游30 km，设立于1956 年10 月，属国家基本二类水文站，是新疆维吾尔自治区重要的水文站和中央报汛站[1，2]。开垦河水文站气象场位于出山口地带，海拔高度1 502 m，规格为16 m×20 m，观测场距离建筑物约40 m，区域代表性较好，能够对该区域的风速、降雨量、降雪量、蒸发量等水文参数进行监测。

随着信息化的发展，开垦河水文站在逐步进行自动化和智能化技术升级，以取代传统的人工观测技术。FFH100 型自动蒸发装置是目前比较先进的设备，能够自动监测蒸发量，大大地提高气象监测效率。为检验设备性能，将新测量仪器与传统的测量方法进行比较，以评估其测量的准确性。

2 FFH100 型自动蒸发式设备

FFH100 型自动蒸发式设备，是一种具有较高可靠性和测量分辨率的水面蒸发传感装置，用于非冰期的蒸发量测量[3]，可适用于各种环境下水面蒸发量的测量，仪器整体分辨率为0.1 mm，提供无线远程传输和发报功能。本套设备具有主动溢流功能，能够保持蒸发桶液位相对稳定，水位测井配有专用浮子，能有效保证测井中液位的稳定可靠。另外，该装置配有蒸发专用的雨量计，使装置在降雨期间能对蒸发量进行计算。由于其具有自动采集与远程发报功能，因此真正实现了蒸发站的无人化。

3 测量结果对比与分析

3.1 观测方法

于2020 年4 月8 日对FFH100 型自动蒸发器进行安装调试、加水调试，确认FFH100 型自动蒸发器是否观测正常。采用调试好的FFH100 型自动蒸发装置与传统的人工观测方法进行同时测量。观测时间从2020 年4 月11 日至9 月28 日，共获得169 d 的蒸发数据。剔除相对偏差不符合规范要求的蒸发数据后，获得人工观测66 d 的蒸发数据，以及自动气象站测得66 d 的蒸发数据。观测过程严格按规范执行，数据科学、准确可靠。

3.2 测量结果对比分析

在观测的时间内，两种方式测量获得的部分数据如表1 所示。

表1 开垦河站FFH100 型自动蒸发装置与人工观测对比分析表

续表

由表1 可知，在2020 年观测时间内，有效的人工观测蒸发天数66 d，总蒸发量为242.7 mm；同步采用FFH100 型自动蒸发装置观测天数66 d，总蒸发量为243.3 mm，两者相差0.6 mm。另外，人工观测最大蒸发值为6.1 mm，FFH100 型自动蒸发装置的最大蒸发值为5.9 mm，均发生在6 月26 日。

3.3 误差回归分析

可通过以下四种参数评估两组数据的相关程度，进行回归预测。

（1）两种观测方法之间的平均绝对误差Am可按下式计算

式中：Eai——第i 次人工观测蒸发值，mm；

Emi——第i 次FFH100 型自动蒸发装置观测值，mm；

N——观测的总次数。

（2）平均相对误差Rm可按下式计算

（3）均方根误差RMES

（4）Person 相关系数Rp

根据表1 测得的数据，采用上述四种方式对两组数据进行回归分析。计算结果如表2 所示。

表2 开垦河站FFH100 型自动蒸发装置与人工观测数据回归分析表

由表2 可知，FFH100 型自动蒸发装置观测与人工观测数据平均绝对误差Am仅有0.11 mm，代表离散程度的均方根误差RMES 为0.13 mm，而两者的相关性系数Rp达到了0.995。均方根误差越接近于0，Person 相关系数Rp越接近于1，表明两组数据差异很小。因此，使用FFH100 型自动蒸发装置在开垦河站测量的蒸发值，能够较为准确地反映实际情况。FFH100型自动蒸发器装置和人工同步观测的蒸发数据系列，如图1 所示。

图1 开垦河站FFH100 自动蒸发装置与人工观测蒸发值相关图

从图中可以看出FFH100 自动蒸发装置与人工观测两者获得的数据相关性非常好，证明FFH100 型自动蒸发装置观测数据值较为可靠。增长规律呈现出线性增长的趋势，可通过下列的公式线性表示

式中：Em——率定蒸发值，mm；

Ea——FFH100 自动蒸发装置测得值，mm。

两者线性拟合的相关程度R2为0.990 2，相关性很好。因此经过相关关系公式（5）率定后，FFH100 型自动蒸发装置观测值能够较为准确的反映蒸发情况，误差达到0.0 mm，与人工观测蒸发值非常接近，满足《水面蒸发观测规范》[4]要求，相关关系公式合理，可作为本站FFH100 型自动雨量器蒸发量修正使用。

综上所述，FFH100 型自动蒸发器安装、调试准确后，在保证电源充足、设备不发生故障和无特殊天气的情况下，与人工观测蒸发数据非常接近，绝对误差小，可以替代人工观测，但冬季和大雨天气情况下还需采用人工观测。

5 结论与建议

为验证FFH100 自动蒸发装置在自动观测蒸发值方面的准确程度，在开垦河水文观测站使用FFH100自动蒸发装置与人工观测同步的测量当地蒸发值，共获得66 d 的有效数据。通过数据分析可得出以下结论：

（1）两组数据呈现较为严格的线性相关规律，相关性达0.995。

（2）数据定量分析表明FFH100 自动观测值与人工观测值的平均绝对误差仅有0.11 mm，平均相对误差为6.3%，代表离散程度的均方根误差为0.13 mm，而两者的相关性系数Rp达到了0.995，满足《水面蒸发观测规范》要求，证明自动观测值数据较为准确可靠。

（3）FFH100 自动蒸发装置观测值，可通过给出的线性关系曲线率定代替人工观测，实现无人化和自动化测量。

此外，建议FFH100 型自动蒸发装置每隔25 d 调试一次，且根据天气情况，不定期校检，保证资料的准确性、连续性。之后，可进一步探索FFH100 型自动蒸发装置在冬季和大雨天观测的方法。