自动蒸发系统在济西水文科研基地中的应用

仇东山，蒋国民，郑小乐

（济南市水文局，山东 济南 250002）

水面蒸发是指发生在自由水面上的蒸发过程，它反映一个地区蒸发能力的大小，是水文测验中重要的水文要素之一，也是研究水循环过程中水量平衡的重要指标之一。本文只讨论水面蒸发相关监测技术，针对济南水文局济西科研基地安装的自动蒸发监测系统使用情况，结合前期蒸发传统人工观测流程、监测手段以及人工观测数据的分析，论述蒸发自动监测的使用经验和价值，以便更好地提高蒸发观测的准确性、时效性。

1 原人工蒸发观测存在问题

1.1 受外界因素影响较大，准确度、精度较低

济西基地地处市郊，日常蒸发观测是委托社会人员进行简单的技术培训后进行观测，观测数据的准确度、精度较低，数据质量得不到保障。

1.2 效率较低

人工观测必须在每日8点进行定点观测，同时进行补水、排水计算观测，费时费力。

1.3 统计分析、资料整编功能低

人工观测的蒸发数据只有在输入计算机后才能进行数据的统计分析，时效性较低。

2 自动蒸发观测系统功能描述

2.1 自动蒸发系统的主要结构和原理

自动蒸发系统主要由E601蒸发桶、水位测井、专用雨量计、智能测控器、电磁阀、DTU、相应管路以及数据接收系统组成。

自动蒸发系统保留前期的E601蒸发桶边缘的测针底座和静水器，在蒸发桶底部连接φ20mm连接水位测井桶，并保证测井桶水面与蒸发皿水面保持一致，补水装置采用控制柜上方的蓄水箱通过电磁阀管路连接蒸发皿的进水口，溢水装置通过电磁阀管路连接蒸发皿标准线以上的出水口至外部的储水桶，其中，补水和进水都通过电磁阀来控制水量的大小。该自动蒸发系统的核心设备就是竖井的水位自动监测系统，水位监测主要依靠磁致伸缩传感器，该设备具有高精度的水位变化分辨率，最大分辨率可达到0.0001m，水位竖井上覆盖有遮阳板，防止阳光对水温的影响。监测数据的转发依靠设备箱内的RTU和DTU，传输线路使用公网的GPRS，时段蒸发量和当时竖井水位转发时段为每4h一发，并在每日8时发送前一日的蒸发量。此外，自动蒸发监测系统辅助配套有0.1mm分辨率的翻斗式雨量计，在降水期间可实时采集降水量，并在平台软件中计算时段的净蒸发量。

2.2 自动蒸发系统接收平台

1）数据采集接收模块。负责接收前段的时段（每4h和前一日）蒸发观测数据包。

2）实时数据模块。解析接收数据包，并计算实时水位和当前蒸发量。由于自动蒸发系统增加量水位竖井，需在计算蒸发量时，按原蒸发皿的1.1倍面积进行换算，同时显示监测竖井的实时水位、当前蒸发量（距今日8时）、前日蒸发量、降水量、设备运行状态等信息。

3）统计报表模块。可对日、月、年的蒸发数据进行汇总，便于数据整编和分析，以EXCEL格式输出，并且对日蒸发数据具有追溯性，便于发现监测数据出现跳变和异常。

4）系统设置模块。平台软件在满足传输带宽的条件时可接入无线观测点数据，同时也可接入降水、水位、墒情等自动化监测数据。

3 自动观测与人工观测对比分析

3.1 遥测数据连续性分析

图18 .1～31日蒸发量变化曲线

3.2 数据比测分析

比测分析依据蒸发观测规范，采用自动蒸发站的遥测数据与人工测针测量方式。由于自动蒸发站在每日8点（如果液位低于标志线10mm）进行补水操作，所以在人工测量分别在每日8点前和8:30后两个时段进行，考虑到人工测验误差，又把长清崮山蒸发站（人工）纳入到比测数据分析序列中。

比测期间经历7月初至9月中旬，共计50组数据，日蒸发量变化区间1.5~5.4mm。比测分析见图2、图3。

经过分析这50组的比测数据，平均误差为5.67%，大于20%的测次占总样本的16%，误差小于10%的测次占总样本的66%，这些样本序列不排除人工测量的系统误差和FFH100的传输误差，由图2、图3可以看出，FFH100自动蒸发站的遥测数据与人工实测数据相关性较强。

图2 FFH-100遥测数据与人工实测对比分析

图3 FFH-100遥测与人工比测数据对比分析

4 自动蒸发观测优势

4.1 蒸发监测准确度和精度大幅度提高

由于在原蒸发皿的基础上外联了水位竖井，水位竖井采用全密封，内部采用高精度的磁致伸缩传感器，受外界干扰因素较小，更能保障监测数据的准确度和精度。

4.2 适合无人蒸发站观测，提高观测效率

水箱具有自动补水功能，并配有浮球阀，可外接自来水对水箱进行补水，水位测井能够通过检修阀直接排水，控制器模块中可对电动阀体进行手动操作，减轻检修清设备的劳动强度，提高效率。此外，由于软件平台的自动监测、自动转发、自动统计分析功能，使蒸发监测数据可实时显示，更适合未来的无人蒸发观测的实施。

4.3 蒸发监测数据的统计功能大幅度提高

数据接收平台将采集数据实时进入数据库，提高了蒸发数据后期的统计分析功能，便于蒸发资料整编。

4.4 蒸发与降雨有效整合

该装置配有蒸发专用的雨量计，使装置在降雨期间仍能对蒸发量进行计量。