仇東山，蔣國民，鄭小樂

（濟(jì)南市水文局，山東 濟(jì)南 250002）

水面蒸發(fā)是指發(fā)生在自由水面上的蒸發(fā)過程，它反映一個(gè)地區(qū)蒸發(fā)能力的大小，是水文測(cè)驗(yàn)中重要的水文要素之一，也是研究水循環(huán)過程中水量平衡的重要指標(biāo)之一。本文只討論水面蒸發(fā)相關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)，針對(duì)濟(jì)南水文局濟(jì)西科研基地安裝的自動(dòng)蒸發(fā)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)使用情況，結(jié)合前期蒸發(fā)傳統(tǒng)人工觀測(cè)流程、監(jiān)測(cè)手段以及人工觀測(cè)數(shù)據(jù)的分析，論述蒸發(fā)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的使用經(jīng)驗(yàn)和價(jià)值，以便更好地提高蒸發(fā)觀測(cè)的準(zhǔn)確性、時(shí)效性。

1 原人工蒸發(fā)觀測(cè)存在問題

1.1 受外界因素影響較大，準(zhǔn)確度、精度較低

濟(jì)西基地地處市郊，日常蒸發(fā)觀測(cè)是委托社會(huì)人員進(jìn)行簡單的技術(shù)培訓(xùn)后進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度、精度較低，數(shù)據(jù)質(zhì)量得不到保障。

1.2 效率較低

人工觀測(cè)必須在每日8點(diǎn)進(jìn)行定點(diǎn)觀測(cè)，同時(shí)進(jìn)行補(bǔ)水、排水計(jì)算觀測(cè)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析、資料整編功能低

人工觀測(cè)的蒸發(fā)數(shù)據(jù)只有在輸入計(jì)算機(jī)后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，時(shí)效性較低。

2 自動(dòng)蒸發(fā)觀測(cè)系統(tǒng)功能描述

2.1 自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)的主要結(jié)構(gòu)和原理

自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)主要由E601蒸發(fā)桶、水位測(cè)井、專用雨量計(jì)、智能測(cè)控器、電磁閥、DTU、相應(yīng)管路以及數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)組成。

自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)保留前期的E601蒸發(fā)桶邊緣的測(cè)針底座和靜水器，在蒸發(fā)桶底部連接φ20mm連接水位測(cè)井桶，并保證測(cè)井桶水面與蒸發(fā)皿水面保持一致，補(bǔ)水裝置采用控制柜上方的蓄水箱通過電磁閥管路連接蒸發(fā)皿的進(jìn)水口，溢水裝置通過電磁閥管路連接蒸發(fā)皿標(biāo)準(zhǔn)線以上的出水口至外部的儲(chǔ)水桶，其中，補(bǔ)水和進(jìn)水都通過電磁閥來控制水量的大小。該自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)的核心設(shè)備就是豎井的水位自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，水位監(jiān)測(cè)主要依靠磁致伸縮傳感器，該設(shè)備具有高精度的水位變化分辨率，最大分辨率可達(dá)到0.0001m，水位豎井上覆蓋有遮陽板，防止陽光對(duì)水溫的影響。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)依靠設(shè)備箱內(nèi)的RTU和DTU，傳輸線路使用公網(wǎng)的GPRS，時(shí)段蒸發(fā)量和當(dāng)時(shí)豎井水位轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)段為每4h一發(fā)，并在每日8時(shí)發(fā)送前一日的蒸發(fā)量。此外，自動(dòng)蒸發(fā)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)輔助配套有0.1mm分辨率的翻斗式雨量計(jì)，在降水期間可實(shí)時(shí)采集降水量，并在平臺(tái)軟件中計(jì)算時(shí)段的凈蒸發(fā)量。

2.2 自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)接收平臺(tái)

1）數(shù)據(jù)采集接收模塊。負(fù)責(zé)接收前段的時(shí)段（每4h和前一日）蒸發(fā)觀測(cè)數(shù)據(jù)包。

2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模塊。解析接收數(shù)據(jù)包，并計(jì)算實(shí)時(shí)水位和當(dāng)前蒸發(fā)量。由于自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)增加量水位豎井，需在計(jì)算蒸發(fā)量時(shí)，按原蒸發(fā)皿的1.1倍面積進(jìn)行換算，同時(shí)顯示監(jiān)測(cè)豎井的實(shí)時(shí)水位、當(dāng)前蒸發(fā)量（距今日8時(shí)）、前日蒸發(fā)量、降水量、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等信息。

3）統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊?？蓪?duì)日、月、年的蒸發(fā)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，便于數(shù)據(jù)整編和分析，以EXCEL格式輸出，并且對(duì)日蒸發(fā)數(shù)據(jù)具有追溯性，便于發(fā)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)跳變和異常。

4）系統(tǒng)設(shè)置模塊。平臺(tái)軟件在滿足傳輸帶寬的條件時(shí)可接入無線觀測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可接入降水、水位、墑情等自動(dòng)化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3 自動(dòng)觀測(cè)與人工觀測(cè)對(duì)比分析

3.1 遙測(cè)數(shù)據(jù)連續(xù)性分析

圖18 .1～31日蒸發(fā)量變化曲線

3.2 數(shù)據(jù)比測(cè)分析

比測(cè)分析依據(jù)蒸發(fā)觀測(cè)規(guī)范，采用自動(dòng)蒸發(fā)站的遙測(cè)數(shù)據(jù)與人工測(cè)針測(cè)量方式。由于自動(dòng)蒸發(fā)站在每日8點(diǎn)（如果液位低于標(biāo)志線10mm）進(jìn)行補(bǔ)水操作，所以在人工測(cè)量分別在每日8點(diǎn)前和8:30后兩個(gè)時(shí)段進(jìn)行，考慮到人工測(cè)驗(yàn)誤差，又把長清崮山蒸發(fā)站（人工）納入到比測(cè)數(shù)據(jù)分析序列中。

比測(cè)期間經(jīng)歷7月初至9月中旬，共計(jì)50組數(shù)據(jù)，日蒸發(fā)量變化區(qū)間1.5~5.4mm。比測(cè)分析見圖2、圖3。

經(jīng)過分析這50組的比測(cè)數(shù)據(jù)，平均誤差為5.67%，大于20%的測(cè)次占總樣本的16%，誤差小于10%的測(cè)次占總樣本的66%，這些樣本序列不排除人工測(cè)量的系統(tǒng)誤差和FFH100的傳輸誤差，由圖2、圖3可以看出，F(xiàn)FH100自動(dòng)蒸發(fā)站的遙測(cè)數(shù)據(jù)與人工實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)相關(guān)性較強(qiáng)。

圖2 FFH-100遙測(cè)數(shù)據(jù)與人工實(shí)測(cè)對(duì)比分析

圖3 FFH-100遙測(cè)與人工比測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析

4 自動(dòng)蒸發(fā)觀測(cè)優(yōu)勢(shì)

4.1 蒸發(fā)監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確度和精度大幅度提高

由于在原蒸發(fā)皿的基礎(chǔ)上外聯(lián)了水位豎井，水位豎井采用全密封，內(nèi)部采用高精度的磁致伸縮傳感器，受外界干擾因素較小，更能保障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度和精度。

4.2 適合無人蒸發(fā)站觀測(cè)，提高觀測(cè)效率

水箱具有自動(dòng)補(bǔ)水功能，并配有浮球閥，可外接自來水對(duì)水箱進(jìn)行補(bǔ)水，水位測(cè)井能夠通過檢修閥直接排水，控制器模塊中可對(duì)電動(dòng)閥體進(jìn)行手動(dòng)操作，減輕檢修清設(shè)備的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率。此外，由于軟件平臺(tái)的自動(dòng)監(jiān)測(cè)、自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)、自動(dòng)統(tǒng)計(jì)分析功能，使蒸發(fā)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可實(shí)時(shí)顯示，更適合未來的無人蒸發(fā)觀測(cè)的實(shí)施。

4.3 蒸發(fā)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)功能大幅度提高

數(shù)據(jù)接收平臺(tái)將采集數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)進(jìn)入數(shù)據(jù)庫，提高了蒸發(fā)數(shù)據(jù)后期的統(tǒng)計(jì)分析功能，便于蒸發(fā)資料整編。

4.4 蒸發(fā)與降雨有效整合

該裝置配有蒸發(fā)專用的雨量計(jì)，使裝置在降雨期間仍能對(duì)蒸發(fā)量進(jìn)行計(jì)量。