自動蒸發器模擬人工測量應用探討

王洪心 彭付近 吳斌

【摘要】隨著國家對水利投入的增加，特別是水利信息化建設速度加快，蒸發量作為水利信息，要實現準確、及時，必須改變傳統人工測驗方式，采用自動蒸發器便是最好途徑，筆者在《水面蒸發觀測規范》的規定下實踐探索，探討自動蒸發器對人工測量的過程模擬及實現方法，為自動蒸發器生產研究提供借鑒。

【關鍵詞】蒸發量人工觀測；自動測量；自動處理

前言

蒸發量是水文要素之一，隨著水文信息化的快速推進，蒸發量也由傳統人工測記實現了自動測量、自動計算、自動存儲、自動傳輸，各類自動蒸發器不斷出現，下面對自動蒸發器模擬人工測量的處理方法進行探討。

1、自動蒸發器主要解決的測量問題

我國標準蒸發器是直徑約為618mm，高687mm（上部圓柱體高600mm、底部錐體高87mm）的玻璃鋼桶，傳統蒸發量采用人工測量方法（測量蒸發桶內日水位變化、日降水量、日溢流量），采用下列公式計算每日蒸發量，即人工觀測日蒸發量=蒸發桶水位變化量+降雨量-溢流量?；诖?，自動蒸發器主要解決三個問題：蒸發桶水位測量、降水量測量、溢流量測量。圖1為某自動蒸發器應用現場。

水位測量，采用浮子式水位計，一是測量精度要達到0.1mm；二是另外準備一個水位計安裝桶（主要是滿足置于蒸發桶上方的裝置宜不影響蒸發桶內水體的受光和水體上方的空氣流通），該桶與蒸發桶連通，二者水面一樣高，但安裝桶頂部密封，不承接降水；三是水位值要數字化。四是安裝桶的存在，導致蒸發捅水位的變化不能真正反映蒸發量，因為安裝桶密封，不產生蒸發，根據二者直徑可換算出發生1.0mm蒸發量，引起蒸發桶水位變化的真實值。另外，按照《水面蒸發觀測規范》規定，蒸發桶內水面高度要維持在一定范圍內，即器口以下7.5cm為標準水面高度，標準水面上、下各1.0cm作為水面高度變化范圍，超過此范圍，要對蒸發桶內用水進行取水、補水；這項工作在每日8時觀測后判斷操作。自動蒸發為了達到此要求，首先要設置器口以下8.5cm、6.5cm所對應的高度數值，在8時測定水面高度后，若水面高度離器口大于8.5cm，則補水至約7.5cm處，若小于6.5cm，則取水至約7.5cm處；取、補水后的水面高度可直接采用水位計測量。

降水量測量，可采用精度為0.1mm的自記雨量計進行測量，自記雨量計安裝位置要靠近蒸發桶，借以測量蒸發桶承接的降水量。

溢流量測量，當蒸發桶內水面高度距離器口6cm時，開始產生溢流，溢流多在降雨時發生，溢流量的測量要有專門的器具，如固定體積的小桶，桶滿后自排，溢流總體積換算成蒸發桶相應水深。

其他方面，控制器在收集上述蒸發桶內水位值、降水量、溢流量后，可計算出日蒸發量及每個小時的蒸發量、存儲器容量要達到存儲一年以上數據。數據采集以每小時采集一次數據為宜，傳輸至中心站可采用有線、無線等方式；電源以太陽能蓄電池為主，整體要求功耗低。

2、暴雨和下雪天氣情況處理

在蒸發測量過程中，根據規范規定：（1）預計要降暴雨時，應在降暴雨前加測蒸發量，如加測后2h內仍未降雨，則應在實際開始降雨時再加測一次水面高度。如未預計到降暴雨，降雨前未加測，則應在降雨開始時立即加測一次水面高度。降雨停止或轉為小雨時，應立即加測器內水面高度，并測記降水量和溢流水量。（2）若觀測正點時正在降暴雨，蒸發量的測記可推遲到雨止或轉為小雨時進行。（3）若暴雨時段蒸發量合理，即蒸發量接近于零，在此情況下，當暴雨時段不跨日，可分段（即雨前、雨后和降雨時段）計算蒸發量相加而得；當暴雨時段跨日時，可根據前、后日各占歷時長短予以適當分配。

在自動蒸發器中，要實現上述暴雨情況的處理，（1）暴雨標準，日雨量大于50mm為暴雨，即每小時雨量超過2.1mm為暴雨；（2）暴雨時段蒸發量合理性標準，具體按不超過0.2mm/h掌握；（3）雨前、雨后時段劃分，以暴雨開始、結束的整小時蒸發桶水面高度作為雨前、雨后測量值。總之，有暴雨時，日蒸發量按照分段相加、暴雨時段的蒸發量接近于零、暴雨跨日期間的蒸發量按時長分割。

若下雪，蒸發桶及水位計安裝桶內未結冰，此時采用人工觀測雪量值代替自記雨量值計算蒸發量；蒸發桶內結冰，安裝桶內未結冰，可將蒸發桶內冰蓋沿器壁敲離，使冰塊呈漂浮狀；若蒸發桶、安裝桶內均結冰，此時應關閉兩桶之間的連接閥門，采用人工觀測。

3、蒸發量異常值處理

根據天氣情況（晴、陰、雨、氣溫、風速等），比較前后日蒸發值，若日蒸發量突出偏大或偏小（汛期日蒸發量前后相差大于3.0mm/d，枯季大于1.0mm/d）則采用訂正處理。以小時蒸發量數據為基礎，對照前、后日相應小時的蒸發量，相差在0.1-0.2mm/h內為正常，否則取前、后日同時段蒸發量均值；雨期蒸發量（時段雨量小于2.1mm/h）小于雨前、雨后鄰近時段蒸發量均值為合理，否則取雨前、雨后鄰近時段蒸發量的小者作為雨期每小時蒸發量；蒸發量出現負值者，均作零處理。上述標準均為參考值，具體可根據當地實際情況進行觀測、綜合分類確定。

4、自動蒸發器的運行維護要求

要實現自動蒸發器的正常使用，首先要達到測量精度要求；其次是耗電要節省，野外電池要能持續運行；數據傳輸穩定；處理軟件符合規范要求、具備異常值處理改正功能；配備故障維修人員，確保自動蒸發器正常運用。

參考文獻：

[1] GB/SL630-2013，水面蒸發觀測規范[S]