ZDZFZ-01型數(shù)字式自動蒸發(fā)站運行過程的技術探討

1、    zdzfz01型數(shù)字式自動蒸發(fā)站運行過程的技術探討    黃義輝【摘 要】本文通過對zdzfz-01型自動蒸發(fā)器系統(tǒng)的組成、工作原理及安裝要求等相關理論的介紹，根據(jù)儀器的運行情況，通過與人工蒸發(fā)測量精度進行對比分析、運行過程中存在故障的處理與維護，分析探討自動蒸發(fā)器存在的問題，意在為更好的使用自動蒸發(fā)儀器，充分發(fā)揮信息化設備的作用?！娟P鍵詞】自動蒸發(fā)站；水文信息化；蒸發(fā)量zdzfz-01型數(shù)字式全自動蒸發(fā)站（以下簡稱自動蒸發(fā)站）可自動觀測陸面上水面蒸發(fā)量的全過程。其主要是由太陽能供電系統(tǒng)、國際標準的e-601型蒸發(fā)皿、高精度浮子式水位計、自記雨量

2、計、溢流桶、數(shù)據(jù)采集控制過程、補水過程全部實現(xiàn)了自動化的水面蒸發(fā)量觀測站。自動蒸發(fā)站可與gprs數(shù)據(jù)傳輸裝置連接組成無人值守遙測站。自動蒸發(fā)站的蒸發(fā)皿、雨量計的分辨率均為0.1mm，溢流量分辨率為0.1mm，符合相關國家標準要求。降水量、蒸發(fā)量數(shù)據(jù)表格形式符合數(shù)據(jù)入庫整編要求，可用于裝備各種類型的水面蒸發(fā)觀測站，取代繁瑣、復雜的傳統(tǒng)人工觀測，實現(xiàn)水面蒸發(fā)量的自動觀測、記錄。一、自動蒸發(fā)站系統(tǒng)組成及工作原理（一）自動蒸發(fā)站系統(tǒng)組成自動蒸發(fā)站主要是由一臺數(shù)字式水位測量系統(tǒng)和一個由單片計算機為核心的電氣控制裝置組合在一起的一臺機電一體化的設備，它用于檢測蒸發(fā)桶水位，控制補水泵和排水閥動作，蒸發(fā)計與采

3、集器通過系統(tǒng)內部rs-485通訊總線通訊。水位計由靜水桶、光電旋轉編碼器、浮子、平衡重錘、固定于光電旋轉編碼器轉軸上的圓形鋼絲繩掛輪，以及光電旋轉編碼器保護罩、底座等組成?？刂扑煤碗妱娱y的繼電器在采集器內，繼電器吸合時，水泵或者電動閥開始工作，繼電器斷開，停止工作。蒸發(fā)站的靜水桶埋于觀測現(xiàn)場的土中，靜水桶下部通過連通管與蒸發(fā)桶連接，與蒸發(fā)桶形成連通結構，實現(xiàn)兩者水面同步變化。雨量計采用0.1mm/min 高精度分辨率，其基本原理是雙翻斗機械式，輸出信號為脈沖信號。供電部分采用大功率太陽能板和65ah鉛酸蓄電池的供電方式，保證不間斷的自動供電。（二）自動蒸發(fā)站工作原理自動蒸發(fā)站系統(tǒng)以蒸發(fā)計、雨

4、量計、溢流桶為基本觀測工具，以采集器自動采集、處理、顯示蒸發(fā)、降水、溢流過程信息、自動控制蒸發(fā)桶、溢流補、排水過程。采集器通過rs485/232通信接口分別與上位機系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信連接，利用系統(tǒng)配套的應用軟件可以實現(xiàn)水面蒸發(fā)過程信息的遠程監(jiān)測及資料整編入庫。投入運行的蒸發(fā)站蒸發(fā)桶水位高度應保持在水位標志線上。無降水日時，采集器自動采集蒸發(fā)桶內水面高度變化計算蒸發(fā)量。每當蒸發(fā)桶內水面高度降至約定值（20mm）以下時，采集器在觀測日分界時刻（水文分界日為8：00，氣象分界日為20：00）控制補水泵工作，給蒸發(fā)桶、水圈自動補水，使桶中水位恢復至水位標志線高度。然后，以補水后的高度作為起測點，測量下一時

5、段的蒸發(fā)量。在降水日，當蒸發(fā)桶水位升高至約定值（55mm）以上時，采集器驅動電磁閥關閉，記錄此時的靜水桶的水位h1，然后采集器驅動溢流水泵打開，當靜水桶中的水面下降至約定值（30mm）時，采集器驅動溢流泵停止工作，采集器記錄靜水桶的水位h2，此時記錄器計算此次排水高度差，從而根據(jù)測井的橫截面積s計算出此次的溢流量。采集器驅動電磁閥打開，以便下次測量。二、自動蒸發(fā)站的安裝要求自動蒸發(fā)站的蒸發(fā)儀器應安裝在四周空曠平坦，以保證氣流通暢。附近的山丘、建筑物、樹木、籬笆等障礙物所造成的遮擋率應小于10%。其太陽能安裝在觀測場的北面，方向為南偏西150，也是為了最大化利用太陽能的功效，保持電瓶電量充足。e

6、-601型蒸發(fā)器的埋設，蒸發(fā)器口緣高出地面30.0cm，并保持水平。埋設時可用水準儀進行檢驗，器口高差應小于0.2cm。同時水圈應緊靠蒸發(fā)桶，蒸發(fā)桶的外壁與水圈內壁的間隙應小于0.5cm。蒸發(fā)器四周設一寬50.0cm（包括防坍墻在內）、高約22.5cm的土圈。土圈外層的防坍墻用磚砌而成。土圈北面留一小于40.0cm的觀測缺口。蒸發(fā)桶一般距離靜水桶2m左右（連接管），一是為了更好的靜水傳遞，提高精度。二是為了兩者之間在太陽照射時相互不受影響。雨量計的安裝，器口離地面高度0.7cm。三、自動蒸發(fā)站的運行情況（一）自動蒸發(fā)觀測與人工觀測對比蒸發(fā)量誤差分析永泰水文站于2018年3月中旬引進自動蒸發(fā)站，

7、運行時間是從2018年5月1日開始。在運行過程中信號傳送正常，數(shù)據(jù)較為完整。現(xiàn)在選取其運行開始時間起至2018年6月30日這段時間內，其蒸發(fā)觀測數(shù)據(jù)與人工觀測蒸發(fā)數(shù)據(jù)進行對比觀測分析。選取2018年5月1日至2018年6月30日之間60組自動蒸發(fā)站的日蒸發(fā)量、降雨量與人工觀測數(shù)據(jù)進行對比分析，部分天數(shù)蒸發(fā)數(shù)據(jù)與人工觀測數(shù)據(jù)比較接近，但也有部分天數(shù)存在偏差。據(jù)統(tǒng)計蒸發(fā)量偏差1.0mm以上的有13次，偏差0.5mm-1.0mm的有15次；降雨量偏差1.0mm-3.0mm的有20次，降雨量偏差超過3.0mm以上有9次。若日降雨非常大時，自動蒸發(fā)站測得降雨量與人工觀測降雨量差距會更大等。有此可見，自動

8、蒸發(fā)站觀測數(shù)據(jù)存在不穩(wěn)定性，存在的數(shù)據(jù)偏差的原因如下：可能存在人工觀測操作存在誤差；可能是兩個系統(tǒng)之間存在一定的系統(tǒng)誤差；也可能是自動蒸發(fā)站的儀器參數(shù)設置有問題等。這些問題都需要通過長期的數(shù)據(jù)比對分析，找到其存在數(shù)據(jù)偏差的原因。（二）自動蒸發(fā)站存在的故障情況自動蒸發(fā)站在運行過程中會出現(xiàn)以下幾種故障4種故障情況。1.補水故障。主要是自動蒸發(fā)水位且又在8時正點小于20mm時，不自動補水。2.溢流故障。主要是自動蒸發(fā)水位大于55mm，不自動溢流。3.傳輸故障。主要是在網(wǎng)頁上沒有顯示當前數(shù)據(jù)。4.儀器故障。主要是儀器不能正常工作等。若發(fā)現(xiàn)以上情況，應及時查找原因、排除故障，使其恢復正常工作狀態(tài)。（三）

9、自動蒸發(fā)站的維護清洗維護周期：汛期每月清洗一次，非汛期一個季度清洗一次。清洗維護之前應斷開設備工作電源（采集儀上電源）。清洗維護應在8時以后記錄完成一天的蒸發(fā)計算后（約8點5分之后）開始，下一個整點之前結束。清洗后的當日數(shù)據(jù)可能比正常日數(shù)據(jù)略有偏小。四、結論及建議根據(jù)自動蒸發(fā)站在永泰水文站的運行情況，目前其觀測的數(shù)據(jù)存在不穩(wěn)定性，部分天數(shù)蒸發(fā)數(shù)據(jù)與人工觀測蒸發(fā)量差距比較大，需要通過的長期的數(shù)據(jù)觀測，經過比對分析后方可替代常規(guī)人工觀測數(shù)據(jù)進行資料整編。自動蒸發(fā)站運行過程值班人員應每天不定時上網(wǎng)一次，確保網(wǎng)頁上有當日數(shù)據(jù)，若無數(shù)據(jù)要檢查原因，確保傳輸正常。同時應注意人工雨量與自動蒸發(fā)儀器雨量的誤差，若發(fā)現(xiàn)以上雨量相差太大，要對自動蒸發(fā)量根據(jù)人工雨量進行訂正。必要時對雨量記錄儀器進行調試。錄入計算機時發(fā)現(xiàn)自動蒸發(fā)確因發(fā)生故障不能使用，采用人工觀測日蒸發(fā)量來彌補自動缺失數(shù)據(jù)。每月應對自動蒸發(fā)數(shù)據(jù)進行下載備份，防止自動蒸發(fā)儀器或者計算機出現(xiàn)問題丟失數(shù)據(jù)。處理好這些細節(jié)問題，才能充分發(fā)揮信息化設備的作用，讓基層水文工作更加適應現(xiàn)代化水文的要求。【參考文獻】1陳明，周天雄.新型自動站大型蒸發(fā)器自動測量值的誤差分析j.科技