自动蒸发器模拟人工测量应用探讨

王洪心 彭付近 吴斌

【摘要】随着国家对水利投入的增加，特别是水利信息化建设速度加快，蒸发量作为水利信息，要实现准确、及时，必须改变传统人工测验方式，采用自动蒸发器便是最好途径，笔者在《水面蒸发观测规范》的规定下实践探索，探讨自动蒸发器对人工测量的过程模拟及实现方法，为自动蒸发器生产研究提供借鉴。

【关键词】蒸发量人工观测；自动测量；自动处理

前言

蒸发量是水文要素之一，随着水文信息化的快速推进，蒸发量也由传统人工测记实现了自动测量、自动计算、自动存储、自动传输，各类自动蒸发器不断出现，下面对自动蒸发器模拟人工测量的处理方法进行探讨。

1、自动蒸发器主要解决的测量问题

我国标准蒸发器是直径约为618mm，高687mm（上部圆柱体高600mm、底部锥体高87mm）的玻璃钢桶，传统蒸发量采用人工测量方法（测量蒸发桶内日水位变化、日降水量、日溢流量），采用下列公式计算每日蒸发量，即人工观测日蒸发量=蒸发桶水位变化量+降雨量-溢流量。基于此，自动蒸发器主要解决三个问题：蒸发桶水位测量、降水量测量、溢流量测量。图1为某自动蒸发器应用现场。

水位测量，采用浮子式水位计，一是测量精度要达到0.1mm；二是另外准备一个水位计安装桶（主要是满足置于蒸发桶上方的装置宜不影响蒸发桶内水体的受光和水体上方的空气流通），该桶与蒸发桶连通，二者水面一样高，但安装桶顶部密封，不承接降水；三是水位值要数字化。四是安装桶的存在，导致蒸发捅水位的变化不能真正反映蒸发量，因为安装桶密封，不产生蒸发，根据二者直径可换算出发生1.0mm蒸发量，引起蒸发桶水位变化的真实值。另外，按照《水面蒸发观测规范》规定，蒸发桶内水面高度要维持在一定范围内，即器口以下7.5cm为标准水面高度，标准水面上、下各1.0cm作为水面高度变化范围，超过此范围，要对蒸发桶内用水进行取水、补水；这项工作在每日8时观测后判断操作。自动蒸发为了达到此要求，首先要设置器口以下8.5cm、6.5cm所对应的高度数值，在8时测定水面高度后，若水面高度离器口大于8.5cm，则补水至约7.5cm处，若小于6.5cm，则取水至约7.5cm处；取、补水后的水面高度可直接采用水位计测量。

降水量测量，可采用精度为0.1mm的自记雨量计进行测量，自记雨量计安装位置要靠近蒸发桶，借以测量蒸发桶承接的降水量。

溢流量测量，当蒸发桶内水面高度距离器口6cm时，开始产生溢流，溢流多在降雨时发生，溢流量的测量要有专门的器具，如固定体积的小桶，桶满后自排，溢流总体积换算成蒸发桶相应水深。

其他方面，控制器在收集上述蒸发桶内水位值、降水量、溢流量后，可计算出日蒸发量及每个小时的蒸发量、存储器容量要达到存储一年以上数据。数据采集以每小时采集一次数据为宜，传输至中心站可采用有线、无线等方式；电源以太阳能蓄电池为主，整体要求功耗低。

2、暴雨和下雪天气情况处理

在蒸发测量过程中，根据规范规定：（1）预计要降暴雨时，应在降暴雨前加测蒸发量，如加测后2h内仍未降雨，则应在实际开始降雨时再加测一次水面高度。如未预计到降暴雨，降雨前未加测，则应在降雨开始时立即加测一次水面高度。降雨停止或转为小雨时，应立即加测器内水面高度，并测记降水量和溢流水量。（2）若觀测正点时正在降暴雨，蒸发量的测记可推迟到雨止或转为小雨时进行。（3）若暴雨时段蒸发量合理，即蒸发量接近于零，在此情况下，当暴雨时段不跨日，可分段（即雨前、雨后和降雨时段）计算蒸发量相加而得；当暴雨时段跨日时，可根据前、后日各占历时长短予以适当分配。

在自动蒸发器中，要实现上述暴雨情况的处理，（1）暴雨标准，日雨量大于50mm为暴雨，即每小时雨量超过2.1mm为暴雨；（2）暴雨时段蒸发量合理性标准，具体按不超过0.2mm/h掌握；（3）雨前、雨后时段划分，以暴雨开始、结束的整小时蒸发桶水面高度作为雨前、雨后测量值。总之，有暴雨时，日蒸发量按照分段相加、暴雨时段的蒸发量接近于零、暴雨跨日期间的蒸发量按时长分割。

若下雪，蒸发桶及水位计安装桶内未结冰，此时采用人工观测雪量值代替自记雨量值计算蒸发量；蒸发桶内结冰，安装桶内未结冰，可将蒸发桶内冰盖沿器壁敲离，使冰块呈漂浮状；若蒸发桶、安装桶内均结冰，此时应关闭两桶之间的连接阀门，采用人工观测。

3、蒸发量异常值处理

根据天气情况（晴、阴、雨、气温、风速等），比较前后日蒸发值，若日蒸发量突出偏大或偏小（汛期日蒸发量前后相差大于3.0mm/d，枯季大于1.0mm/d）则采用订正处理。以小时蒸发量数据为基础，对照前、后日相应小时的蒸发量，相差在0.1-0.2mm/h内为正常，否则取前、后日同时段蒸发量均值；雨期蒸发量（时段雨量小于2.1mm/h）小于雨前、雨后邻近时段蒸发量均值为合理，否则取雨前、雨后邻近时段蒸发量的小者作为雨期每小时蒸发量；蒸发量出现负值者，均作零处理。上述标准均为参考值，具体可根据当地实际情况进行观测、综合分类确定。

4、自动蒸发器的运行维护要求

要实现自动蒸发器的正常使用，首先要达到测量精度要求；其次是耗电要节省，野外电池要能持续运行；数据传输稳定；处理软件符合规范要求、具备异常值处理改正功能；配备故障维修人员，确保自动蒸发器正常运用。

参考文献：

[1] GB/SL630-2013，水面蒸发观测规范[S]