型数字式自动蒸发站运行过程的技术探讨
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【摘 要】本文通过对ZDZFZ-01型自动蒸发器系统的组成、工作原理及安装要求等相关理论的介绍，根据仪器的运行情况，通过与人工蒸发测量精度进行对比分析、运行过程中存在故障的处理与维护，分析探讨自动蒸发器存在的问题，意在为更好的使用自动蒸发仪器，充分发挥信息化设备的作用。
【关键词】自动蒸发站；水文信息化；蒸发量
ZDZFZ-01型数字式全自动蒸发站（以下简称自动蒸发站）可自动观测陆面上水面蒸发量的全过程。其主要是由太阳能供电系统、国际标准的E-601型蒸发皿、高精度浮子式水位计、自记雨量计、溢流桶、数据采集控制过程、补水过程全部实现了自动化的水面蒸发量观测站。自动蒸发站可与GPRS数据传输装置连接组成无人值守遥测站。
自动蒸发站的蒸发皿、雨量计的分辨率均为0.1mm，溢流量分辨率为0.1mm，符合相关国家标准要求。降水量、蒸发量数据表格形式符合数据入库整编要求，可用于装备各种类型的水面蒸发观测站，取代繁琐、复杂的传统人工观测，实现水面蒸发量的自动观测、记录。
一、自动蒸发站系统组成及工作原理
（一）自动蒸发站系统组成
自动蒸发站主要是由一台数字式水位测量系统和一个由单片计算机为核心的电气控制装置组合在一起的一台机电一体化的设备，它用于检测蒸发桶水位，控制补水泵和排水阀动作，蒸发计与采集器通过系统内部RS-485通讯总线通讯。水位计由静水桶、光电旋转编码器、浮子、平衡重锤、固定于光电旋转编码器转轴上的圆形钢丝绳挂轮，以及光电旋转编码器保护罩、底座等组成。控制水泵和电动阀的继电器在采集器内，继电器吸合时，水泵或者电动阀开始工作，继电器断开，停止工作。蒸发站的静水桶埋于观测现场的土中，静水桶下部通过连通管与蒸发桶连接，与蒸发桶形成连通结构，实现两者水面同步变化。雨量计采用0.1mm/min 高精度分辨率，其基本原理是双翻斗机械式，输出信号为脉冲信号。供电部分采用大功率太阳能板和65AH铅酸蓄电池的供电方式，保证不间断的自动供电。
（二）自动蒸发站工作原理
自动蒸发站系统以蒸发计、雨量计、溢流桶为基本观测工具，以采集器自动采集、处理、显示蒸发、降水、溢流过程信息、自动控制蒸发桶、溢流补、排水过程。采集器通过RS485/232通信接口分别与上位机系统、数据通信连接，利用系统配套的应用软件可以实现水面蒸发过程信息的远程监测及资料整编入库。
投入运行的蒸发站蒸发桶水位高度应保持在水位标志线上。无降水日时，采集器自动采集蒸发桶内水面高度变化计算蒸发量。每当蒸发桶内水面高度降至约定值（20mm）以下时，采集器在观测日分界时刻（水文分界日为8：00，气象分界日为20：00）控制补水泵工作，给蒸发桶、水圈自动补水，使桶中水位恢复至水位标志线高度。然后，以补水后的高度作为起测点，测量下一时段的蒸发量。
在降水日，当蒸发桶水位升高至约定值（55mm）以上时，采集器驱动电磁阀关闭，记录此时的静水桶的水位H1，然后采集器驱动溢流水泵打开，当静水桶中的水面下降至约定值（30mm）时，采集器驱动溢流泵停止工作，采集器记录静水桶的水位H2，此时记录器计算此次排水高度差，从而根据测井的横截面积s计算出此次的溢流量。采集器驱动电磁阀打开，以便下次测量。
二、自动蒸发站的安装要求
自动蒸发站的蒸发仪器应安装在四周空旷平坦，以保证气流通畅。附近的山丘、建筑物、树木、篱笆等障碍物所造成的遮挡率应小于10%。其太阳能安装在观测场的北面，方向为南偏西150，也是为了最大化利用太阳能的功效，保持电瓶电量充足。E-601型蒸发器的埋设，蒸发器口缘高出地面30.0cm，并保持水平。埋设时可用水准仪进行检验，器口高差应小于0.2cm。同时水圈应紧靠蒸发桶，蒸发桶的外壁与水圈内壁的间隙应小于0.5cm。蒸发器四周设一宽50.0cm（包括防坍墙在内）、高约22.5cm的土圈。土圈外层的防坍墙用砖砌而成。土圈北面留一小于40.0cm的观测缺口。蒸发桶一般距离静水桶2m左右（连接管），一是为了更好的静水传递，提高精度。二是为了两者之间在太阳照射时相互不受影响。雨量计的安装，器口离地面高度0.7cm。
三、自动蒸发站的运行情况
（一）自动蒸发观测与人工观测对比蒸发量误差分析
永泰水文站于2018年3月中旬引进自动蒸发站，运行时间是从2018年5月1日开始。在运行过程中信号传送正常，数据较为完整。现在选取其运行开始时间起至2018年6月30日这段时间内，其蒸发观测数据与人工观测蒸发数据进行对比观测分析。
选取2018年5月1日至2018年6月30日之间60组自动蒸发站的日蒸发量、降雨量与人工观测数据进行对比分析，部分天数蒸发数据与人工观测数据比较接近，但也有部分天数存在偏差。据统计蒸发量偏差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，降雨量偏差超过3.0mm以上有9次。若日降雨非常大时，自动蒸发站测得降雨量与人工观测降雨量差距会更大等。有此可见，自动蒸发站观测数据存在不稳定性，存在的数据偏差的原因如下：可能存在人工观测操作存在误差；可能是两个系统之间存在一定的系统误差；也可能是自动蒸发站的仪器参数设置有问题等。这些问题都需要通过长期的数据比对分析，找到其存在数据偏差的原因。
（二）自动蒸发站存在的故障情况
自动蒸发站在运行过程中会出现以下几种故障4种故障情况。
1.补水故障。主要是自动蒸发水位且又在8时正点小于20mm时，不自动补水。
2.溢流故障。主要是自动蒸发水位大于55mm，不自动溢流。
3.传输故障。主要是在网页上没有显示当前数据。
4.仪器故障。主要是仪器不能正常工作等。
若发现以上情况，应及时查找原因、排除故障，使其恢复正常工作状态。
（三）自动蒸发站的维护
清洗维护周期：汛期每月清洗一次，非汛期一个季度清洗一次。清洗维护之前应断开设备工作电源（采集仪上电源）。清洗维护应在8时以后记录完成一天的蒸发计算后（约8点5分之后）开始，下一个整点之前结束。清洗后的当日数据可能比正常日数据略有偏小。
四、结论及建议
根据自动蒸发站在永泰水文站的运行情况，目前其观测的数据存在不稳定性，部分天数蒸发数据与人工观测蒸发量差距比较大，需要通过的长期的数据观测，经过比对分析后方可替代常规人工观测數据进行资料整编。
自动蒸发站运行过程值班人员应每天不定时上网一次，确保网页上有当日数据，若无数据要检查原因，确保传输正常。同时应注意人工雨量与自动蒸发仪器雨量的误差，若发现以上雨量相差太大，要对自动蒸发量根据人工雨量进行订正。必要时对雨量记录仪器进行调试。录入计算机时发现自动蒸发确因发生故障不能使用，采用人工观测日蒸发量来弥补自动缺失数据。每月应对自动蒸发数据进行下载备份，防止自动蒸发仪器或者计算机出现问题丢失数据。处理好这些细节问题，才能充分发挥信息化设备的作用，让基层水文工作更加适应现代化水文的要求。
【参考文献】
[1]陈明，周天雄.新型自动站大型蒸发器自动测量值的误差分析[J].科技资讯，2014（30）：48-49.