JHZT- RTU- AE 型全自動水面蒸發系統比測試驗研究

霍小虎，郭西軍

（黃河水利委員會上游水文水資源局，甘肅蘭州730030）

1 測站概況

民和水文站設立于1939 年10 月，隸屬于黃河水利委員會上游水文水資源局。地理位置為青海省民和縣川口鎮史納村, 坐標為東經102°47′35.6″、北緯 36°20′06.1″，至河口 75.3 km，集水面積15 342 km2。民和水文站是黃河一級支流湟水的把口站，為國家重要水文站和重點報汛站。

2 儀器原理及系統組成

JHZT-RTU-AE 型全自動蒸發系統以E601 型蒸發器為基礎，采用可識別0.1 mm 水面高度變化的水介質超聲波傳感器進行數據采集工作，通過監測蒸發皿中水面高度變化，結合人工觀測降雨量值的輸入，監測逐日水面蒸發量。當蒸發皿水面高度低于要求水面高度時，系統可自動補水。產生溢流時，溢流傳感器自動監測溢流量。系統組成如圖1 所示。該系統具有以下特點：一是設備安裝方便，無須改動E-601 蒸發皿，步驟簡單易行，傳感器直接沉入蒸發皿底部中央，不影響蒸發環境條件；風浪較大時還可安裝防風消浪管消除波浪。二是系統可實現蒸發皿水面自動補水。補水起始高度可遠程設置，補水水源可采用補水水箱及有壓自來水2 種方式，可根據情況選用。三是蒸發皿溢流孔連接翻斗式溢流計，其分辨率符合蒸發觀測規范要求，溢流量單位與降水相同，單位溢流量對應蒸發皿承雨面積。四是系統每隔6 分鐘監測1 次水面高度，每小時發送相關數據，整點間根據數據變化加發數據，還可以電話振鈴招測；無須去現場即可遠程設置傳感器的工作模式和設備參數，語音撥打設備手機號可隨時了解儀器工作狀態，從而降低了日常維護的成本。

3 比測試驗情況

該系統在 2017 年 5 月 1 日—10 月 31 日及2018 年4 月1 日—10 月31 日期間，采用人工觀測與儀器自動觀測同步進行，并對儀器運行情況進行了詳細觀測記錄，系統運行基本穩定。

儀器運行情況：其中2017 年的比測數據中，有13 d 因雷達探頭損壞無法采集水面高度數據，2018 年的比測數據有16 d 因軟件故障導致觀測數據缺失，上述問題經發現后，經過維護，及時恢復正常觀測。

觀測期間，存在部分日儀器蒸發量與人工觀測值相比誤差較大的情況。經分析，主要是人工操作因素、強降水影響、水池清理不及時等原因造成，在數據分析的過程中進行了前后日蒸發量的對照與合理性分析，確定了出現誤差的原因非系統誤差后，對該部分數據按要求進行了合理的篩選，最后采用的參與比測試驗分析的數據共316 d，2017 年144 d，2018 年為 172 d。

分別繪制2017 年、2018 年自記與人工觀測蒸發量比測過程線，如圖2、圖3 所示，具體比測數據見表1。

統計計算各月、全年（汛期）蒸發觀測誤差，計算結果見表1。

表1 誤差統計計算

根據國標GB/T 15966-2017《水文儀器基本參數及通用技術條件》第5.6 條水面蒸發器技術參數要求，遙測（自記）蒸發器允許誤差3%。民和站2018年比測期間，無論是蒸發月總量還是非冰期總量，自記和人工觀測值的相對誤差均小于3%，滿足規范要求，具備推廣應用條件。

4 分析結論

通過對比分析，2017 年汛期（5—10 月）總蒸發量誤差為2.1 mm，相對誤差0.3%；2018 年汛期（4—10月）總蒸發量誤差為-1.1 mm，相對誤差-0.2%，逐月累計相對誤差都在3%以內，能夠滿足規范要求。

全自動蒸發系統近2 年在民和站的試驗期間運行情況良好，系統基本穩定，后續維護及時，基本能夠滿足非冰期水面蒸發自動觀測需求，具備在其他測站推廣應用條件。

通過技術能力提升可以改變上游測區以往只是依靠人工觀測蒸發的現狀，監測數據能夠實時網上查詢、下載，實現了無人值守，提高工作效率。

該系統安裝簡便，無需對現有的蒸發器進行改裝，且系統所采用的超聲波傳感器與傳統浮子式自動蒸發相比較，采集數據更靈敏、更便捷、更精確。

5 存在問題及改進建議

JHZT-RTU-AE 型全自動蒸發觀測系統通過在民和水文站的比測試驗，比測資料誤差滿足規范要求，系統運行基本穩定，能夠節省人力，提高蒸發觀測效率。在今后應用中應注重從以下方面進行改進：一是JHZT-RTU-AE 型全自動蒸發是無須人工干預自動采集蒸發數據，可以實現自動補水、排水，若蒸發桶內水質發生變化或出現漂浮物，會對水介質超聲波傳感器測量精度產生影響，因此蒸發桶內水體需要人工定期清理，保持蒸發桶內水質清潔，確保測量精度。二是JHZT-RTU-AE 型全自動蒸發系統只適用于非冰期水面蒸發觀測。因此，在冬季結冰期間，必須拔掉采集儀、傳輸模塊電源，把蒸發桶、補水桶內水抽干凈，以確保儀器設備不因結冰損壞。三是該系統投入應用后，應定期對儀器采集數據進行合理性分析，防止因換水、水池未及時清理等情況帶來的數據突變。四是遇強降水天氣時，應及時分析已采集的水面高度是否合理，避免因水面波動較大導致數據采集有誤，影響蒸發量計算結果。