JHZT- RTU- AE 型全自动水面蒸发系统比测试验研究

霍小虎，郭西军

（黄河水利委员会上游水文水资源局，甘肃兰州730030）

1 测站概况

民和水文站设立于1939 年10 月，隶属于黄河水利委员会上游水文水资源局。地理位置为青海省民和县川口镇史纳村, 坐标为东经102°47′35.6″、北纬 36°20′06.1″，至河口 75.3 km，集水面积15 342 km2。民和水文站是黄河一级支流湟水的把口站，为国家重要水文站和重点报汛站。

2 仪器原理及系统组成

JHZT-RTU-AE 型全自动蒸发系统以E601 型蒸发器为基础，采用可识别0.1 mm 水面高度变化的水介质超声波传感器进行数据采集工作，通过监测蒸发皿中水面高度变化，结合人工观测降雨量值的输入，监测逐日水面蒸发量。当蒸发皿水面高度低于要求水面高度时，系统可自动补水。产生溢流时，溢流传感器自动监测溢流量。系统组成如图1 所示。该系统具有以下特点：一是设备安装方便，无须改动E-601 蒸发皿，步骤简单易行，传感器直接沉入蒸发皿底部中央，不影响蒸发环境条件；风浪较大时还可安装防风消浪管消除波浪。二是系统可实现蒸发皿水面自动补水。补水起始高度可远程设置，补水水源可采用补水水箱及有压自来水2 种方式，可根据情况选用。三是蒸发皿溢流孔连接翻斗式溢流计，其分辨率符合蒸发观测规范要求，溢流量单位与降水相同，单位溢流量对应蒸发皿承雨面积。四是系统每隔6 分钟监测1 次水面高度，每小时发送相关数据，整点间根据数据变化加发数据，还可以电话振铃招测；无须去现场即可远程设置传感器的工作模式和设备参数，语音拨打设备手机号可随时了解仪器工作状态，从而降低了日常维护的成本。

3 比测试验情况

该系统在 2017 年 5 月 1 日—10 月 31 日及2018 年4 月1 日—10 月31 日期间，采用人工观测与仪器自动观测同步进行，并对仪器运行情况进行了详细观测记录，系统运行基本稳定。

仪器运行情况：其中2017 年的比测数据中，有13 d 因雷达探头损坏无法采集水面高度数据，2018 年的比测数据有16 d 因软件故障导致观测数据缺失，上述问题经发现后，经过维护，及时恢复正常观测。

观测期间，存在部分日仪器蒸发量与人工观测值相比误差较大的情况。经分析，主要是人工操作因素、强降水影响、水池清理不及时等原因造成，在数据分析的过程中进行了前后日蒸发量的对照与合理性分析，确定了出现误差的原因非系统误差后，对该部分数据按要求进行了合理的筛选，最后采用的参与比测试验分析的数据共316 d，2017 年144 d，2018 年为 172 d。

分别绘制2017 年、2018 年自记与人工观测蒸发量比测过程线，如图2、图3 所示，具体比测数据见表1。

统计计算各月、全年（汛期）蒸发观测误差，计算结果见表1。

表1 误差统计计算

根据国标GB/T 15966-2017《水文仪器基本参数及通用技术条件》第5.6 条水面蒸发器技术参数要求，遥测（自记）蒸发器允许误差3%。民和站2018年比测期间，无论是蒸发月总量还是非冰期总量，自记和人工观测值的相对误差均小于3%，满足规范要求，具备推广应用条件。

4 分析结论

通过对比分析，2017 年汛期（5—10 月）总蒸发量误差为2.1 mm，相对误差0.3%；2018 年汛期（4—10月）总蒸发量误差为-1.1 mm，相对误差-0.2%，逐月累计相对误差都在3%以内，能够满足规范要求。

全自动蒸发系统近2 年在民和站的试验期间运行情况良好，系统基本稳定，后续维护及时，基本能够满足非冰期水面蒸发自动观测需求，具备在其他测站推广应用条件。

通过技术能力提升可以改变上游测区以往只是依靠人工观测蒸发的现状，监测数据能够实时网上查询、下载，实现了无人值守，提高工作效率。

该系统安装简便，无需对现有的蒸发器进行改装，且系统所采用的超声波传感器与传统浮子式自动蒸发相比较，采集数据更灵敏、更便捷、更精确。

5 存在问题及改进建议

JHZT-RTU-AE 型全自动蒸发观测系统通过在民和水文站的比测试验，比测资料误差满足规范要求，系统运行基本稳定，能够节省人力，提高蒸发观测效率。在今后应用中应注重从以下方面进行改进：一是JHZT-RTU-AE 型全自动蒸发是无须人工干预自动采集蒸发数据，可以实现自动补水、排水，若蒸发桶内水质发生变化或出现漂浮物，会对水介质超声波传感器测量精度产生影响，因此蒸发桶内水体需要人工定期清理，保持蒸发桶内水质清洁，确保测量精度。二是JHZT-RTU-AE 型全自动蒸发系统只适用于非冰期水面蒸发观测。因此，在冬季结冰期间，必须拔掉采集仪、传输模块电源，把蒸发桶、补水桶内水抽干净，以确保仪器设备不因结冰损坏。三是该系统投入应用后，应定期对仪器采集数据进行合理性分析，防止因换水、水池未及时清理等情况带来的数据突变。四是遇强降水天气时，应及时分析已采集的水面高度是否合理，避免因水面波动较大导致数据采集有误，影响蒸发量计算结果。