自動(dòng)蒸發(fā)器模擬人工測(cè)量應(yīng)用探討

王洪心 彭付近 吳斌

【摘要】隨著國(guó)家對(duì)水利投入的增加，特別是水利信息化建設(shè)速度加快，蒸發(fā)量作為水利信息，要實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確、及時(shí)，必須改變傳統(tǒng)人工測(cè)驗(yàn)方式，采用自動(dòng)蒸發(fā)器便是最好途徑，筆者在《水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范》的規(guī)定下實(shí)踐探索，探討自動(dòng)蒸發(fā)器對(duì)人工測(cè)量的過(guò)程模擬及實(shí)現(xiàn)方法，為自動(dòng)蒸發(fā)器生產(chǎn)研究提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】蒸發(fā)量人工觀測(cè)；自動(dòng)測(cè)量；自動(dòng)處理

前言

蒸發(fā)量是水文要素之一，隨著水文信息化的快速推進(jìn)，蒸發(fā)量也由傳統(tǒng)人工測(cè)記實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)測(cè)量、自動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)存儲(chǔ)、自動(dòng)傳輸，各類自動(dòng)蒸發(fā)器不斷出現(xiàn)，下面對(duì)自動(dòng)蒸發(fā)器模擬人工測(cè)量的處理方法進(jìn)行探討。

1、自動(dòng)蒸發(fā)器主要解決的測(cè)量問(wèn)題

我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)蒸發(fā)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(tǒng)蒸發(fā)量采用人工測(cè)量方法（測(cè)量蒸發(fā)桶內(nèi)日水位變化、日降水量、日溢流量），采用下列公式計(jì)算每日蒸發(fā)量，即人工觀測(cè)日蒸發(fā)量=蒸發(fā)桶水位變化量+降雨量-溢流量。基于此，自動(dòng)蒸發(fā)器主要解決三個(gè)問(wèn)題：蒸發(fā)桶水位測(cè)量、降水量測(cè)量、溢流量測(cè)量。圖1為某自動(dòng)蒸發(fā)器應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。

水位測(cè)量，采用浮子式水位計(jì)，一是測(cè)量精度要達(dá)到0.1mm；二是另外準(zhǔn)備一個(gè)水位計(jì)安裝桶（主要是滿足置于蒸發(fā)桶上方的裝置宜不影響蒸發(fā)桶內(nèi)水體的受光和水體上方的空氣流通），該桶與蒸發(fā)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(shù)字化。四是安裝桶的存在，導(dǎo)致蒸發(fā)捅水位的變化不能真正反映蒸發(fā)量，因?yàn)榘惭b桶密封，不產(chǎn)生蒸發(fā)，根據(jù)二者直徑可換算出發(fā)生1.0mm蒸發(fā)量，引起蒸發(fā)桶水位變化的真實(shí)值。另外，按照《水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范》規(guī)定，蒸發(fā)桶內(nèi)水面高度要維持在一定范圍內(nèi)，即器口以下7.5cm為標(biāo)準(zhǔn)水面高度，標(biāo)準(zhǔn)水面上、下各1.0cm作為水面高度變化范圍，超過(guò)此范圍，要對(duì)蒸發(fā)桶內(nèi)用水進(jìn)行取水、補(bǔ)水；這項(xiàng)工作在每日8時(shí)觀測(cè)后判斷操作。自動(dòng)蒸發(fā)為了達(dá)到此要求，首先要設(shè)置器口以下8.5cm、6.5cm所對(duì)應(yīng)的高度數(shù)值，在8時(shí)測(cè)定水面高度后，若水面高度離器口大于8.5cm，則補(bǔ)水至約7.5cm處，若小于6.5cm，則取水至約7.5cm處；取、補(bǔ)水后的水面高度可直接采用水位計(jì)測(cè)量。

降水量測(cè)量，可采用精度為0.1mm的自記雨量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，自記雨量計(jì)安裝位置要靠近蒸發(fā)桶，借以測(cè)量蒸發(fā)桶承接的降水量。

溢流量測(cè)量，當(dāng)蒸發(fā)桶內(nèi)水面高度距離器口6cm時(shí)，開(kāi)始產(chǎn)生溢流，溢流多在降雨時(shí)發(fā)生，溢流量的測(cè)量要有專門(mén)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(fā)桶相應(yīng)水深。

其他方面，控制器在收集上述蒸發(fā)桶內(nèi)水位值、降水量、溢流量后，可計(jì)算出日蒸發(fā)量及每個(gè)小時(shí)的蒸發(fā)量、存儲(chǔ)器容量要達(dá)到存儲(chǔ)一年以上數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集以每小時(shí)采集一次數(shù)據(jù)為宜，傳輸至中心站可采用有線、無(wú)線等方式；電源以太陽(yáng)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(fā)測(cè)量過(guò)程中，根據(jù)規(guī)范規(guī)定：（1）預(yù)計(jì)要降暴雨時(shí)，應(yīng)在降暴雨前加測(cè)蒸發(fā)量，如加測(cè)后2h內(nèi)仍未降雨，則應(yīng)在實(shí)際開(kāi)始降雨時(shí)再加測(cè)一次水面高度。如未預(yù)計(jì)到降暴雨，降雨前未加測(cè)，則應(yīng)在降雨開(kāi)始時(shí)立即加測(cè)一次水面高度。降雨停止或轉(zhuǎn)為小雨時(shí)，應(yīng)立即加測(cè)器內(nèi)水面高度，并測(cè)記降水量和溢流水量。（2）若觀測(cè)正點(diǎn)時(shí)正在降暴雨，蒸發(fā)量的測(cè)記可推遲到雨止或轉(zhuǎn)為小雨時(shí)進(jìn)行。（3）若暴雨時(shí)段蒸發(fā)量合理，即蒸發(fā)量接近于零，在此情況下，當(dāng)暴雨時(shí)段不跨日，可分段（即雨前、雨后和降雨時(shí)段）計(jì)算蒸發(fā)量相加而得；當(dāng)暴雨時(shí)段跨日時(shí)，可根據(jù)前、后日各占?xì)v時(shí)長(zhǎng)短予以適當(dāng)分配。

在自動(dòng)蒸發(fā)器中，要實(shí)現(xiàn)上述暴雨情況的處理，（1）暴雨標(biāo)準(zhǔn)，日雨量大于50mm為暴雨，即每小時(shí)雨量超過(guò)2.1mm為暴雨；（2）暴雨時(shí)段蒸發(fā)量合理性標(biāo)準(zhǔn)，具體按不超過(guò)0.2mm/h掌握；（3）雨前、雨后時(shí)段劃分，以暴雨開(kāi)始、結(jié)束的整小時(shí)蒸發(fā)桶水面高度作為雨前、雨后測(cè)量值?？傊斜┯陼r(shí)，日蒸發(fā)量按照分段相加、暴雨時(shí)段的蒸發(fā)量接近于零、暴雨跨日期間的蒸發(fā)量按時(shí)長(zhǎng)分割。

若下雪，蒸發(fā)桶及水位計(jì)安裝桶內(nèi)未結(jié)冰，此時(shí)采用人工觀測(cè)雪量值代替自記雨量值計(jì)算蒸發(fā)量；蒸發(fā)桶內(nèi)結(jié)冰，安裝桶內(nèi)未結(jié)冰，可將蒸發(fā)桶內(nèi)冰蓋沿器壁敲離，使冰塊呈漂浮狀；若蒸發(fā)桶、安裝桶內(nèi)均結(jié)冰，此時(shí)應(yīng)關(guān)閉兩桶之間的連接閥門(mén)，采用人工觀測(cè)。

3、蒸發(fā)量異常值處理

根據(jù)天氣情況（晴、陰、雨、氣溫、風(fēng)速等），比較前后日蒸發(fā)值，若日蒸發(fā)量突出偏大或偏?。ㄑ雌谌照舭l(fā)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(shí)蒸發(fā)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對(duì)照前、后日相應(yīng)小時(shí)的蒸發(fā)量，相差在0.1-0.2mm/h內(nèi)為正常，否則取前、后日同時(shí)段蒸發(fā)量均值；雨期蒸發(fā)量（時(shí)段雨量小于2.1mm/h）小于雨前、雨后鄰近時(shí)段蒸發(fā)量均值為合理，否則取雨前、雨后鄰近時(shí)段蒸發(fā)量的小者作為雨期每小時(shí)蒸發(fā)量；蒸發(fā)量出現(xiàn)負(fù)值者，均作零處理。上述標(biāo)準(zhǔn)均為參考值，具體可根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行觀測(cè)、綜合分類確定。

4、自動(dòng)蒸發(fā)器的運(yùn)行維護(hù)要求

要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)蒸發(fā)器的正常使用，首先要達(dá)到測(cè)量精度要求；其次是耗電要節(jié)省，野外電池要能持續(xù)運(yùn)行；數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定；處理軟件符合規(guī)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(dòng)蒸發(fā)器正常運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] GB/SL630-2013，水面蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范[S]