FFZ-01Z 型数字式水面自动蒸发站的实际应用

周明华 黄俊 黄新平

（1湖北省武汉市水文水资源勘测局 湖北武汉 430074 2湖北省宜昌市水文水资源勘测局 湖北宜昌 443003）

“自动水面蒸发站”的定义是指由组成蒸发站的蒸发计将蒸发桶内的水位转化成数字量，雨量计提供降雨量，数据采集控制柜负责计算蒸发量和溢流量并且控制溢流装置和补水装置的运行，实现了无人值守、全自动数字化的水面蒸发量观测站。

当前应用广泛的FFZ-01Z型蒸发站设计的雨量计和蒸发计分辨率分别为0.1mm，溢流量的分辨率为0.01mm，符合相关技术规范的要求。自动蒸发设备采集到的降水量和蒸发量数据是以电子表格的形式输出，在整编程序中可以直接应用。FFZ-01Z型自动水面蒸发应用的范围广泛，实用于各种类型需求的面蒸发观测站。水面蒸发量的观测,以往都是采用人工操作,一般每日进行1~2次观测，自动水面蒸发取代了人工值守观测而实现水域水文蒸发量的自动采集、记录、存储。此外该设备还具备通信的功能。FFZ-01Z型蒸发站可与GPRS数据传输装置连接组成遥测站，数据可通过无线传输出去。

1 FFZ-01Z 型数字式水面蒸发站系统的组成及工作原理

FFZ-01Z型蒸发站的蒸发计设计是根据水文站网上常用的水面蒸发器设备E-601型蒸发器研发的。它所有的构造极其原理是按照《水面蒸发观测规范》来设计的。所得出的蒸发量等同于E-601型蒸发器的蒸发量。

FFZ-01Z型数字式水面蒸发站系统（以下称“蒸发站”或“系统”）由数字水面蒸发计（以下称蒸发计）、JFZ-01型数字雨量计（以下称雨量计）、自动补水装置、采集控制柜(以下称采集器)、上位机系统和供电系统组成。

本蒸发站系统的观测工具为蒸发计和雨量计，利用智能采集器自动采集、处理、显示出蒸发量、降水量和溢流等信息，自动控制溢流和排水过程。采集器通过RS485/232通信接口分别与上位机系统、数传通信机（RTU）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的需求。

当前广泛投入使用的蒸发站的蒸发桶内水位高度应保持在水位标志线（80mm）以上。一般观测的水位在（70mm～90mm）之间。

当无降水日时，采集器将根据自动采集的蒸发桶内水位高度与上一时段采集的蒸发值来计算蒸发量。当观测到蒸发桶内水位高度降至水位标志线10mm以下时，采集器会自动在观测日分界时间控制补水泵工作，给蒸发桶、水圈自动补水，使蒸发桶内的水位恢复至规定的水位标志线高度，再用补水后稳定的水面高度作为观测的起测点，用来测量下一时段的蒸发量。

当有降水时，蒸发桶水位升高至水位标志线10mm以上时，采集器的驱动电磁阀门关闭，记录此时的水面高度，溢流泵工作排出测井中的水，当测井中的水面下降到一定高度时，溢流泵停止工作，采集器记录此时的水面高度，此时记录器计算此次排水的高度差，从而根据测井的横截面积计算出此次的溢流量，采集器再打开电磁阀等待下次溢流。

根据业内《水面蒸发观测规范》的规定，水文蒸发量的计算公式为：

蒸发量=（蒸发桶上一时段的测量水位高度-本时段蒸发桶水位测量高度）+降水量-溢流量

一般情况下日蒸发量按以下式计算：

式中：E:表示水面蒸发量，单位：mm

h1：蒸发桶上一时段的测量水位高度（单位：mm）

h2：本时段蒸发桶水位测量高度（单位：mm）

h1、h2值由FFZ-01Z型数字水面蒸发计自动测量

p：表示被测时段内的降水量，由JFZ-01Z型数字雨量自动测量（单位：mm）

q：表示被测时段内的溢流量，由测井自动测量（单位：mm）

蒸发计可以在不改变蒸发桶周围自然环境的情况下实时测量蒸发桶内水位变化。蒸发计将测量的蒸发桶内水位变化转换为数字量提供给采集器，采集器根据蒸发计提供的蒸发桶水位变化以及雨量、溢流等数据综合计算出蒸发量。由于使用的是联通容器，导致蒸发器容积增大。所以当E-601型蒸发器的水位测量值为0.909mm时，表示实际的蒸发量为1mm。折算过程仪器设备里的程序会自动处理。对于需要同时进行人工对比观测的站，人工测针读数应该除以一个固定的折算系数才能与自动蒸发值作比较。

2 自动水面蒸发站数据处理

FFZ-01Z型数字式水面蒸发站是采用PC机与上位机及采集器进行相互连接的，采用RS485口和PC机相连接进行实时采集数据，上位机记录显示蒸发传感器值、蒸发值、雨量值、雨量累加值和溢流量累，并且能够显示各种状态。采用Access数据库进行数据处理和实现报表打印。通过上位机还可以修改各设备通信地址，标定时间和标定日分界。

最先使用时需选好端口号和设备地址后，点击建立一个新数据库，将下位机的数据传输到此数据库中，将数据传输到数据库后，将数据库中的数据全部显示到软件中，将显示到软件的数据，导入到excel中，便于备份和下载，根据报表数据报表的日期和时间，可以生成某年某月日蒸发报表和年蒸发报表，使用方便快捷。

3 应用实例及误差分析

某某水文局自2014年5月份引进FFZ-01Z型数字式水面蒸发站在舵落口水文站进行使用，人工观测与FFZ-01Z型数字式水面蒸发自动观测从2014年5月同步进行。仪器从开始投入使用到现阶段运行良好，数据完整，可以作为分析资料。由于5月份属于试运行阶段，故5月资料未作为分析资料使用。

表1 舵落口站FFZ-01Z 型数字式自动蒸发与人工观测月蒸发值误差比较表

由表1可看出，用2014年6月至10月自动蒸发观测值与人工观测值的对比误差结果进行分析，月蒸发总量最大误差2.9，月蒸发总量最小误差-0.9，月最大误差0.6，月最小误差-0.3。从以上的比测成果的分析结果可以看出，FFZ-01Z型数字式水面蒸发自动观测的蒸发量与人工观测的蒸发量误差较小，符合业内《水面蒸发观测规范》的规定。

4 结语

位于湖北武汉的舵落口水文站自2014年6-10月份通过应用该FFZ-01Z型数字式水面蒸发自动观测设备观测，得出的蒸发值与人工观测值比测，取得了一段时期的比测成果。根据比测结果分析，该设备完全可代替人工观测设备。舵落口站FFZ-01Z型数字式水面蒸发自动观测设备，可以有效提高工作效率，减轻劳动强度，而且操作简单直观、数据处理方便，在实际工作中具有较好的应用价值。同时实现自动蒸发设备的信息化，可以使水文监测事业与时代同步。同时该水文自动蒸发观测设备的运用，加快了水文信息化建设的步伐，是实现水文现代化的基础和重要标志。在实际应用中为水文预报、防汛抗旱提供及时、可靠数据。