ZDZFZ—01型數字式自動蒸發站運行過程的技術探討

黃義輝

【摘 要】本文通過對ZDZFZ-01型自動蒸發器系統的組成、工作原理及安裝要求等相關理論的介紹，根據儀器的運行情況，通過與人工蒸發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，分析探討自動蒸發器存在的問題，意在為更好的使用自動蒸發儀器，充分發揮信息化設備的作用。

【關鍵詞】自動蒸發站；水文信息化；蒸發量

ZDZFZ-01型數字式全自動蒸發站（以下簡稱自動蒸發站）可自動觀測陸面上水面蒸發量的全過程。其主要是由太陽能供電系統、國際標準的E-601型蒸發皿、高精度浮子式水位計、自記雨量計、溢流桶、數據采集控制過程、補水過程全部實現了自動化的水面蒸發量觀測站。自動蒸發站可與GPRS數據傳輸裝置連接組成無人值守遙測站。

自動蒸發站的蒸發皿、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、蒸發量數據表格形式符合數據入庫整編要求，可用于裝備各種類型的水面蒸發觀測站，取代繁瑣、復雜的傳統人工觀測，實現水面蒸發量的自動觀測、記錄。

一、自動蒸發站系統組成及工作原理

（一）自動蒸發站系統組成

自動蒸發站主要是由一臺數字式水位測量系統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，它用于檢測蒸發桶水位，控制補水泵和排水閥動作，蒸發計與采集器通過系統內部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。控制水泵和電動閥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。蒸發站的靜水桶埋于觀測現場的土中，靜水桶下部通過連通管與蒸發桶連接，與蒸發桶形成連通結構，實現兩者水面同步變化。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）自動蒸發站工作原理

自動蒸發站系統以蒸發計、雨量計、溢流桶為基本觀測工具，以采集器自動采集、處理、顯示蒸發、降水、溢流過程信息、自動控制蒸發桶、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、數據通信連接，利用系統配套的應用軟件可以實現水面蒸發過程信息的遠程監測及資料整編入庫。

投入運行的蒸發站蒸發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桶內水面高度變化計算蒸發量。每當蒸發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，測量下一時段的蒸發量。

在降水日，當蒸發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、自動蒸發站的安裝要求

自動蒸發站的蒸發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-601型蒸發器的埋設，蒸發器口緣高出地面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桶，蒸發桶的外壁與水圈內壁的間隙應小于0.5cm。蒸發器四周設一寬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、自動蒸發站的運行情況

（一）自動蒸發觀測與人工觀測對比蒸發量誤差分析

永泰水文站于2018年3月中旬引進自動蒸發站，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，數據較為完整。現在選取其運行開始時間起至2018年6月30日這段時間內，其蒸發觀測數據與人工觀測蒸發數據進行對比觀測分析。

選取2018年5月1日至2018年6月30日之間60組自動蒸發站的日蒸發量、降雨量與人工觀測數據進行對比分析，部分天數蒸發數據與人工觀測數據比較接近，但也有部分天數存在偏差。據統計蒸發量偏差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，自動蒸發站觀測數據存在不穩定性，存在的數據偏差的原因如下：可能存在人工觀測操作存在誤差；可能是兩個系統之間存在一定的系統誤差；也可能是自動蒸發站的儀器參數設置有問題等。這些問題都需要通過長期的數據比對分析，找到其存在數據偏差的原因。

（二）自動蒸發站存在的故障情況

自動蒸發站在運行過程中會出現以下幾種故障4種故障情況。

1.補水故障。主要是自動蒸發水位且又在8時正點小于20mm時，不自動補水。

2.溢流故障。主要是自動蒸發水位大于55mm，不自動溢流。

3.傳輸故障。主要是在網頁上沒有顯示當前數據。

4.儀器故障。主要是儀器不能正常工作等。

若發現以上情況，應及時查找原因、排除故障，使其恢復正常工作狀態。

（三）自動蒸發站的維護

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。清洗后的當日數據可能比正常日數據略有偏小。

四、結論及建議

根據自動蒸發站在永泰水文站的運行情況，目前其觀測的數據存在不穩定性，部分天數蒸發數據與人工觀測蒸發量差距比較大，需要通過的長期的數據觀測，經過比對分析后方可替代常規人工觀測數據進行資料整編。

自動蒸發站運行過程值班人員應每天不定時上網一次，確保網頁上有當日數據，若無數據要檢查原因，確保傳輸正常。同時應注意人工雨量與自動蒸發儀器雨量的誤差，若發現以上雨量相差太大，要對自動蒸發量根據人工雨量進行訂正。必要時對雨量記錄儀器進行調試。錄入計算機時發現自動蒸發確因發生故障不能使用，采用人工觀測日蒸發量來彌補自動缺失數據。每月應對自動蒸發數據進行下載備份，防止自動蒸發儀器或者計算機出現問題丟失數據。處理好這些細節問題，才能充分發揮信息化設備的作用，讓基層水文工作更加適應現代化水文的要求。

【參考文獻】

[1]陳明，周天雄.新型自動站大型蒸發器自動測量值的誤差分析[J].科技資訊，2014（30）：48-49.