白聲宇

摘要：結(jié)合四川省綿陽(yáng)水文局災(zāi)后重建項(xiàng)目中設(shè)備建設(shè)和使用經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要對(duì)項(xiàng)目中的自動(dòng)蒸發(fā)觀測(cè)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行分析，著重介紹了設(shè)備運(yùn)行中存在的各種影響設(shè)備正常工作的情況和誤差檢定，可為其他地區(qū)管理自動(dòng)蒸發(fā)觀測(cè)設(shè)備提供參考和經(jīng)驗(yàn)借鑒，為保證蒸發(fā)設(shè)備正常工作提供實(shí)用、有效的管理方法。

關(guān)鍵詞：水文測(cè)驗(yàn)；自動(dòng)蒸發(fā)；影響因素；誤差檢定

1 前言

蒸發(fā)觀測(cè)是水文測(cè)驗(yàn)工作中一項(xiàng)重要而嚴(yán)肅的測(cè)驗(yàn)科目。幾十年來(lái)蒸發(fā)量一直沿用人工每日8：00準(zhǔn)時(shí)觀測(cè)并記錄的方法，受大風(fēng)、降雨的自然影響很大。近年來(lái)隨著科技的發(fā)展，水文測(cè)驗(yàn)中的雨量、水位、流量等測(cè)驗(yàn)逐步走向自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，不但減輕了一線水文職工的工作量，測(cè)驗(yàn)精度和時(shí)效性也大幅提升。自動(dòng)蒸發(fā)觀測(cè)設(shè)備也是近年來(lái)逐步開始使用的一種新型自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備，在四川省綿陽(yáng)水文水資源勘測(cè)局（以下簡(jiǎn)稱綿陽(yáng)水文局）災(zāi)后重建項(xiàng)目中，部分測(cè)站安裝了這種設(shè)備并已經(jīng)運(yùn)行了數(shù)年。在使用過(guò)程中，由于蒸發(fā)觀測(cè)的復(fù)雜性和特殊性，導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行初期不順利。

復(fù)雜性，蒸發(fā)量的觀測(cè)不僅僅是測(cè)量蒸發(fā)器中的水位高低，還涉及到加水量、溢流量、雨量，任何一條出現(xiàn)問(wèn)題都會(huì)影響數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。特殊性，每天都必須觀測(cè)蒸發(fā)量而且只在8：00觀測(cè)，少一天都是資料缺失，不能在其他時(shí)間觀測(cè)?？墒请娮赢a(chǎn)品不可能無(wú)故障長(zhǎng)期運(yùn)行，一旦發(fā)生故障就會(huì)導(dǎo)致資料缺失、數(shù)據(jù)異常等無(wú)法挽回的錯(cuò)誤。

2 自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)介紹

2.1 自動(dòng)雨量器

自動(dòng)蒸發(fā)設(shè)備配套的自動(dòng)雨量器精度為0.1mm，和普通自動(dòng)雨量站配備的0.5mm自動(dòng)雨量器相比精度高出很多，分為翻斗式和稱重式兩種測(cè)量方式，該設(shè)備技術(shù)已經(jīng)很成熟，安裝比較簡(jiǎn)單。

2.2 自動(dòng)補(bǔ)水單元

自動(dòng)補(bǔ)水單元由儲(chǔ)水器和小型水泵組成，其工作原理為儲(chǔ)水器中平時(shí)儲(chǔ)滿水，當(dāng)蒸發(fā)器中水位低于設(shè)定值時(shí)，由控制器觸發(fā)水泵工作，為蒸發(fā)器注水，控制器自動(dòng)記錄補(bǔ)水后蒸發(fā)器內(nèi)水位值，作為下一日蒸發(fā)水位起算值。

2.3 自動(dòng)溢流單元

自動(dòng)溢流單元結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，由水泵、溢流量測(cè)量設(shè)備組成與蒸發(fā)器之間由水管連通。由于溢流動(dòng)作主要發(fā)生在降雨過(guò)程中，溢流量的多少不能簡(jiǎn)單通過(guò)測(cè)量蒸發(fā)器中水位變化值來(lái)確定，所以要為溢流抽出的水單獨(dú)設(shè)置測(cè)量單元以記錄溢流量。

2.4 蒸發(fā)器

由E601蒸發(fā)器、水圈、連接管組成，其上部由管道連接補(bǔ)水裝置，下部由管道連接測(cè)量單元和溢流單元

2.5 電源系統(tǒng)

由太陽(yáng)能電池板、充電控制器、蓄電池組成，連接到數(shù)據(jù)采集器，為整套系統(tǒng)供電。

2.6 上位機(jī)

上位機(jī)是電腦通過(guò)上位機(jī)程序監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，任何一臺(tái)電腦安裝上位機(jī)程序，通過(guò)數(shù)據(jù)線均可對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，是判斷設(shè)備運(yùn)行是否正常最直接的工具。通過(guò)上位機(jī)程序，我們可以直觀的監(jiān)控設(shè)備的內(nèi)部時(shí)鐘，實(shí)時(shí)蒸發(fā)器水位、降雨量、溢流量、電壓等重要參數(shù)，為判斷設(shè)備運(yùn)行情況提供重要參考，同時(shí)可隨時(shí)備份蒸發(fā)數(shù)據(jù)。

2.7 測(cè)量及控制單元

測(cè)量及控制單元是自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)中最復(fù)雜的部分，功能為測(cè)量蒸發(fā)器中水位值、收集雨量數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)蒸發(fā)器中水位情況判斷是否需要補(bǔ)水、溢流。其內(nèi)部由高精度浮子水位計(jì)、數(shù)據(jù)采集器（RTU）組成，下部為水位計(jì)儲(chǔ)水桶，采用連通器原理通過(guò)管道與蒸發(fā)器相連，可有效減少波浪對(duì)測(cè)量精度的影響。RTU負(fù)責(zé)水位、雨量、補(bǔ)水量、溢流量、電壓等重要數(shù)據(jù)的采集、計(jì)算和存儲(chǔ)，同時(shí)控制補(bǔ)水單元和溢流單元的工作，是整套系統(tǒng)的大腦，是一個(gè)小而完善的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。系統(tǒng)組成見圖1。

3 影響系統(tǒng)運(yùn)行因素分析及處理

由于自動(dòng)蒸發(fā)系統(tǒng)的復(fù)雜性，影響設(shè)備正常工作的因素很多，主要有：

⑴ 0.1mm自動(dòng)雨量器故障

自動(dòng)雨量器目前技術(shù)已經(jīng)比較成熟，內(nèi)部電子器件出廠前經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢測(cè)，一般都可以達(dá)到正常記錄10萬(wàn)次以上，所以設(shè)備本身故障的幾率非常低，但是不能忽略。運(yùn)行過(guò)程中影響雨量器正常工作的情況主要為沙、土、雜物、鳥糞等異物進(jìn)入儀器內(nèi)部，造成雨量記錄不準(zhǔn)確。

針對(duì)以上問(wèn)題，我們主要從兩方面入手：一、所有測(cè)站原有的人工雨量器不能丟棄，作為備用設(shè)備保留，在自動(dòng)雨量器故障時(shí)借用人工雨量數(shù)據(jù)計(jì)算。二、不定期檢查雨量設(shè)備，清理承雨器及內(nèi)部的異物，保持儀器清潔。由于設(shè)備在出廠和安裝過(guò)程中均經(jīng)過(guò)率定，通常情況下不需要對(duì)設(shè)備做率定檢測(cè)。

⑵ 自動(dòng)補(bǔ)水單元故障

由于自動(dòng)補(bǔ)水單元結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，故障形式主要表現(xiàn)為水泵不工作和儲(chǔ)水器中無(wú)水可用。水泵不工作可能為水泵故障或控制單元未發(fā)出指令；儲(chǔ)水器中水量日常檢查中注意即可。

⑶ 自動(dòng)溢流單元故障

自動(dòng)溢流單元通常在降雨過(guò)程中啟動(dòng)，所以故障會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果：雨水從蒸發(fā)器中溢出導(dǎo)致蒸發(fā)嚴(yán)重偏大。對(duì)于自動(dòng)溢流單元的運(yùn)行情況，主要通過(guò)上位機(jī)在可能發(fā)生溢流動(dòng)作的時(shí)候監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行情況，如果發(fā)現(xiàn)溢流單元故障，需立即強(qiáng)制溢流，并做好記錄，待天氣轉(zhuǎn)好后檢查設(shè)備，排除故障。

⑷ 蒸發(fā)器的日常維護(hù)

蒸發(fā)器的日常維護(hù)與人工蒸發(fā)器相同，定期清洗，需注意的是自動(dòng)蒸發(fā)器內(nèi)部連接管道通過(guò)密封圈防漏，應(yīng)盡量在清洗過(guò)程中避免碰撞。

⑸ 電源系統(tǒng)

電源系統(tǒng)可根據(jù)上位機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控各種工況信息，發(fā)現(xiàn)異?？杉皶r(shí)處理。

⑹ 測(cè)量及控制單元故障

經(jīng)過(guò)數(shù)年的運(yùn)行，綿陽(yáng)水文局安裝的自動(dòng)蒸發(fā)設(shè)備中測(cè)量及控制單元未出現(xiàn)設(shè)備損壞、電路燒毀等需要更換設(shè)備的嚴(yán)重故障，但是為了防止這樣的嚴(yán)重情況發(fā)生，我們制訂了如下操作流程：每日8：00定時(shí)通過(guò)上位機(jī)程序人工記錄前一日蒸發(fā)量；對(duì)比設(shè)備時(shí)鐘與標(biāo)準(zhǔn)北京時(shí)間差值，若差值超過(guò)5分鐘，通過(guò)上位機(jī)程序校時(shí)。endprint

4 自動(dòng)蒸發(fā)設(shè)備誤差分析

選擇風(fēng)力很小、無(wú)雨的陰天對(duì)自動(dòng)蒸發(fā)設(shè)備進(jìn)行誤差檢定。首先測(cè)定蒸發(fā)器內(nèi)原始水位，然后人為減少蒸發(fā)器中水量，人工測(cè)量減水后水位三次取平均值計(jì)算蒸發(fā)量，同時(shí)通過(guò)上位機(jī)程序記錄自動(dòng)蒸發(fā)設(shè)備測(cè)定值，反復(fù)操作多次，然后作對(duì)比分析。為了得到比較有代表性的數(shù)據(jù)，結(jié)合本地水文站歷史蒸發(fā)情況，我前后共進(jìn)行了80次操作，具體數(shù)據(jù)見表一，其中人工觀測(cè)值為X；自動(dòng)蒸發(fā)器記錄值為Y；偏差值（%）為Z。

通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)分別計(jì)算系統(tǒng)誤差A(yù)；偏差在±3%內(nèi)的測(cè)次所占比重 P3； 偏差在±5%內(nèi)的測(cè)次所占比重 P5。A=∑Zi/N，其中zi為偏差值，N為總測(cè)次，代入數(shù)據(jù)得出A=-0.51%；P3=N3/N*100%，其中N為總測(cè)次，N3為偏差在±3%內(nèi)的測(cè)次總數(shù)，代入數(shù)據(jù)得P3=90%；

P5=N5/N*100%，其中N為總測(cè)次，N5為偏差在±5%內(nèi)的測(cè)次總數(shù)，代入數(shù)據(jù)得P5=97.5%。

成果判斷條件 ①A=-0.51%，在±1%內(nèi)，滿足條件；

②P3=90%>75%，滿足條件；

③P5=97.5%>95%，滿足條件。

通過(guò)測(cè)試，自動(dòng)蒸發(fā)器誤差在允許范圍內(nèi)，可正常使用。

5 結(jié)語(yǔ)

對(duì)于自動(dòng)蒸發(fā)設(shè)備的使用，我們?nèi)蕴幱谄鸩诫A段，部分站點(diǎn)使用情況不太理想。分析其原因，并非設(shè)備精度不達(dá)標(biāo)，而是自動(dòng)蒸發(fā)設(shè)備的使用和維護(hù)較人工蒸發(fā)設(shè)備復(fù)雜，無(wú)法減輕測(cè)站工作量。但是我們能看到自動(dòng)蒸發(fā)設(shè)備也有它的優(yōu)勢(shì)：受自然因素影響很小、受人為因素影響很小，精度更高。只要能盡心維護(hù)，注意觀察、備份，一定能收到良好的效果。

參考文獻(xiàn)：

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Application and error analysis of automatic evaporation equipment in hydrological work

Bai Shengyu

（Mianyang hydrology and Water Resources Survey Bureau，Mianyang 621000，China）

Abstract： Combined with the experience of the construction and use of equipment in the Mianyang Hydrological Bureau of Sichuan Province，analysis of the operating conditions of automatic evaporation observation equipment in the project，this paper mainly introduces the normal operation of the equipment and the error detection，can provide reference and experience for other areas to manage automatic evaporation observation equipment，to provide practical and effective management method for ensuring the normal operation of evaporation equipment.

Key words：Hydrological test；Automatic evaporation；Influence factors；Error verificationendprint