LCZ-ZF2型全天候數(shù)字式自動(dòng)蒸發(fā)站

LCZ-ZF2型全天候數(shù)字式自動(dòng)蒸發(fā)站的蒸發(fā)計(jì)、雨量計(jì)的分辨率均為0.1mm，溢流量分辨率為0.025mm，符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)最高等級(jí)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(fù)雜的人工觀測，實(shí)現(xiàn)水面蒸發(fā)量的自動(dòng)觀測、記錄。

LCZ-ZF2型蒸發(fā)站可與GPRS數(shù)據(jù)傳輸裝置連接組成遙測站。本站設(shè)備限于在非冰凍期內(nèi)使用。本站設(shè)備中的蒸發(fā)計(jì)和雨量計(jì)、溢流桶等裝置應(yīng)根據(jù)相關(guān)產(chǎn)品使用說明書要求進(jìn)行定期維護(hù)。

技術(shù)指標(biāo)：

系統(tǒng)參數(shù)：

5.1 系統(tǒng)測量誤差及表示方法

5.1.1無降水日的系統(tǒng)蒸發(fā)量測量誤差（δF）的表示方法：

無降水日時(shí)，系統(tǒng)蒸發(fā)量測量誤差δF 等于 蒸發(fā)計(jì)自身測量誤差δf，其表達(dá)式為：

δF ≤±0.3mm（當(dāng)蒸發(fā)量≤10mm時(shí)）或δF≤±0.3mm±3%F.S（當(dāng)蒸發(fā)量≥10mm時(shí)）

5.1.2 降水日且發(fā)生溢流時(shí)系統(tǒng)蒸發(fā)量測量誤差（δF）的表示方法：

有降水且發(fā)生溢流時(shí)，系統(tǒng)測量誤差δF 為蒸發(fā)計(jì)測量誤差δf、雨量計(jì)測量誤差δj、溢流量測量誤差δy的代數(shù)和，其表達(dá)式為：δF ＝ ±δf +（±δj）+（±δy）

5.2 降水日系統(tǒng)蒸發(fā)量出現(xiàn)負(fù)值的原因及表示方法：

降水日的蒸發(fā)量可能很小，而降水日的降水量和溢流量可能很大，會(huì)導(dǎo)致降雨量的測量誤差δj、溢流量測量誤差δy的絕對(duì)值可能很大，因此系統(tǒng)測量誤差δF很可能出負(fù)值；依據(jù)水面蒸發(fā)量觀測規(guī)范對(duì)出現(xiàn)負(fù)值的處理規(guī)定，本系統(tǒng)自動(dòng)默認(rèn)蒸發(fā)量為0，并在上位機(jī)顯示界面上作“0”顯示。

5.3系統(tǒng)的自診斷功能

系統(tǒng)具有自診斷功能，對(duì)于運(yùn)行過程中出現(xiàn)的一些異常，采集器提供相應(yīng)的故障報(bào)警。故障報(bào)警信息通過通訊方式傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)。

5.3.1蒸發(fā)計(jì)、雨量計(jì)、溢流桶工作狀態(tài)診斷及報(bào)警

系統(tǒng)中蒸發(fā)計(jì)、雨量計(jì)、溢流桶等是各自獨(dú)立工作的，它們通過系統(tǒng)內(nèi)部的一條RS-485通訊總線與采集器進(jìn)行通訊。當(dāng)采集器與某個(gè)設(shè)備通訊中斷時(shí)采集器本身將發(fā)出聲報(bào)警，同時(shí)故障報(bào)警信息通過通訊方式傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)。

5.3.2 蒸發(fā)桶水路系統(tǒng)滲漏的自診斷及報(bào)警

由于安裝不正確或者裝置使用過程中蒸發(fā)桶沉降等原因可能引起蒸發(fā)桶水路系統(tǒng)出現(xiàn)滲漏。極輕微的滲漏一般可自愈，較嚴(yán)重的滲漏會(huì)引起蒸發(fā)量異常增大。當(dāng)小時(shí)蒸發(fā)量≥1.0mm以上時(shí)即認(rèn)為水路系統(tǒng)出現(xiàn)滲漏。上位計(jì)算機(jī)報(bào)警“水位異?！?，滲漏程度可從小時(shí)水位變化得到。

5.3.3 蒸發(fā)桶水位異常升高的自診斷及報(bào)警

在沒有降水發(fā)生時(shí)蒸發(fā)桶水位不會(huì)出現(xiàn)升高，若由于人為向蒸發(fā)桶加水或有異物落入蒸發(fā)桶則會(huì)造成蒸發(fā)桶水位出現(xiàn)異常升高。當(dāng)小時(shí)水位升高≥1.0mm以上時(shí)即認(rèn)為蒸發(fā)桶水位異常升高。上位計(jì)算機(jī)報(bào)警“水位異?！?，水位異常程度可從小時(shí)水位變化得到。

5.3.4 補(bǔ)、排水過程的監(jiān)測及故障報(bào)警

日分界時(shí)刻之后和降水期間可能出現(xiàn)補(bǔ)水或溢流排水過程，補(bǔ)水或溢流排水是由采集器發(fā)送命令，由蒸發(fā)桶或溢流桶的控制電路控制相應(yīng)的直流水泵完成的。

蒸發(fā)桶補(bǔ)水只在日分界時(shí)刻之后進(jìn)行，并且每天只進(jìn)行一次補(bǔ)水。當(dāng)補(bǔ)水開始30秒后蒸發(fā)桶水位上升≤5，或者補(bǔ)水10分鐘后蒸發(fā)桶水位仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)水位，上位計(jì)算機(jī)報(bào)警“補(bǔ)水故障”。當(dāng)補(bǔ)水桶缺水、補(bǔ)水泵故障等原因可能造成不補(bǔ)水或補(bǔ)水時(shí)間過長。

降水期間出現(xiàn)溢流時(shí)，若溢流進(jìn)水泵啟動(dòng)10秒后溢流桶水位上升小于10，系統(tǒng)報(bào)警“溢流進(jìn)水故障”，若溢流排水泵啟動(dòng)10秒后溢流桶水位下降小于10，上位計(jì)算機(jī)報(bào)警“溢流排水故障”。當(dāng)溢流桶進(jìn)水泵或排水泵故障、管路堵塞、泄漏等原因可能造成溢流桶進(jìn)水或排水異常。

5.3.5 系統(tǒng)電源電壓的自動(dòng)測量及欠壓報(bào)警

采集器內(nèi)部具有工作電源電壓采集功能，可將采集的電源電壓通過通訊方式傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)，電源電壓采集誤差≤±2%。蒸發(fā)計(jì)、雨量計(jì)、溢流桶等都具有工作電源電壓監(jiān)測功能，當(dāng)某個(gè)裝置工作電源電壓≤10.5V時(shí)該裝置提供相應(yīng)的故障報(bào)警信息。故障報(bào)警信息通過采集器以通訊方式傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)。

5.4 系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)鐘

采集器具有內(nèi)部電池保持的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，當(dāng)采集器斷電時(shí)不停止計(jì)時(shí)，當(dāng)采集器通電工作時(shí)內(nèi)部電池不耗電。

5.4.1實(shí)時(shí)時(shí)鐘計(jì)時(shí)誤差≤0.01%。

5.4.2上位計(jì)算機(jī)通過通訊方式可以對(duì)采集器內(nèi)部實(shí)時(shí)時(shí)鐘進(jìn)行較時(shí)。

5.4.3當(dāng)采集器斷電時(shí)內(nèi)部電池可保持實(shí)時(shí)時(shí)鐘運(yùn)行5～10年。

5.5采集器數(shù)據(jù)記錄

采集器具有蒸發(fā)數(shù)據(jù)記錄功能，可以記錄至少一年半以上的信息，記錄數(shù)據(jù)具有掉電保持功能。

5.5.1蒸發(fā)數(shù)據(jù)記錄采用循環(huán)記錄方式，新的記錄數(shù)據(jù)覆蓋最早的記錄數(shù)據(jù)。

5.5.2蒸發(fā)數(shù)據(jù)每小時(shí)記錄一次，每條記錄數(shù)據(jù)包括：當(dāng)前記錄的日期時(shí)間，蒸發(fā)量，溢流量，降雨量，各個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)，電源電壓等等。

5.5.3蒸發(fā)記錄數(shù)據(jù)可以通過上位計(jì)算機(jī)讀取。

5.6上位機(jī)系統(tǒng)

上位機(jī)系統(tǒng)包括一臺(tái)運(yùn)行WINDOWS視窗操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)和與LCZ-ZF2型數(shù)字水面蒸發(fā)站配套的應(yīng)用軟件。計(jì)算機(jī)的串行通訊口上連接一只RS-232至RS-485轉(zhuǎn)換器，通過與采集器連接的485通訊總線進(jìn)行信息傳輸。

5.6.1上位機(jī)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測LCZ-ZF2型數(shù)字水面蒸發(fā)站的運(yùn)行狀態(tài)，如采集器和蒸發(fā)計(jì)、雨量計(jì)、溢流桶的工作狀態(tài)，以及降雨?duì)顟B(tài)、各個(gè)水泵工作狀態(tài)等等。上位機(jī)系統(tǒng)還實(shí)時(shí)顯示蒸發(fā)量、蒸發(fā)桶水位、降水量、溢流量、電源電壓等等多個(gè)與蒸發(fā)量有關(guān)的參數(shù)。另外，上位機(jī)系統(tǒng)還可以讀取采集器記錄的蒸發(fā)數(shù)據(jù)并存入Access數(shù)據(jù)庫。

5.6.2使用與LCZ-ZF2型數(shù)字水面蒸發(fā)站配套的應(yīng)用軟件可以輸出符合規(guī)范要求的經(jīng)過整編的報(bào)表。報(bào)表采用Excel格式，用戶可以對(duì)Excel報(bào)表進(jìn)行二次整編。

5.6.3當(dāng)上位機(jī)關(guān)機(jī)時(shí)不影響采集器的工作和數(shù)據(jù)記錄，上位機(jī)重新開機(jī)后可以讀出上位機(jī)關(guān)機(jī)期間采集器記錄的數(shù)據(jù)并存入Access數(shù)據(jù)庫。

強(qiáng)烈建議：每天讀取一次采集器記錄的蒸發(fā)數(shù)據(jù)，防止因設(shè)備故障造成記錄數(shù)據(jù)丟失。

5.6.4 上位機(jī)應(yīng)用軟件的安裝與使用方法請(qǐng)參考《JLC-ZF2型數(shù)字式水面蒸發(fā)站軟件使用說明書》。

5.7供電

LCZ-ZF2型數(shù)字式水面蒸發(fā)站采用直流12V供電，可以采用具有浮充充電裝置的12V蓄電池供電系統(tǒng)。采用蓄電池供電系統(tǒng)可以保證當(dāng)外部供電因故停電時(shí)不會(huì)造成蒸發(fā)站停止運(yùn)行，采用浮充充電裝置給蓄電池充電可以簡化蓄電池充電管理操作。

5.7.1 LCZ-ZF2型數(shù)字式水面蒸發(fā)站的供電系統(tǒng)要求配備12V、24AH以上容量的全密封免維護(hù)蓄電池。當(dāng)充電裝置因故暫停充電時(shí)，可以保證蒸發(fā)站繼續(xù)工作15天。

5.7.2 LCZ-ZF2型數(shù)字式水面蒸發(fā)站配備的全密封免維護(hù)蓄電池可以使用太陽能電池板或交直流轉(zhuǎn)換器充電，必須使用相應(yīng)的具有浮充充電功能和蓄電池保護(hù)功能的充電控制器。

5.8遙測蒸發(fā)站

LCZ-ZF2型數(shù)字式水面蒸發(fā)站與各種無線通訊設(shè)備組合可以組成遙測蒸發(fā)站。與JLC-ZF2型數(shù)字式水面蒸發(fā)站組合的無線通訊設(shè)備應(yīng)是高可靠、低功耗、易使用的設(shè)備。

5.8.1 與LCZ-ZF2型數(shù)字式水面蒸發(fā)站組合的無線通訊設(shè)備應(yīng)RTU方式。具備至少一個(gè)與蒸發(fā)站通訊的RS-485通訊接口，該通訊接口應(yīng)支持兼容 Modbus 通信協(xié)議的

5.8.2 與LCZ-ZF2型數(shù)字式水面蒸發(fā)站組合的無線通訊設(shè)備應(yīng)采用直流12V供電，可以與蒸發(fā)站公用一組蓄電池供電系統(tǒng)（應(yīng)相應(yīng)增加供電系統(tǒng)的容量）。

5.8.3 與LCZ-ZF2型數(shù)字式水面蒸發(fā)站組合的無線通訊設(shè)備應(yīng)支持自報(bào)和召測等多種數(shù)據(jù)傳輸模式，并可以遠(yuǎn)程設(shè)置。

5.9 設(shè)備使用環(huán)境

在非冰凍期，本站設(shè)備適用于各種濕熱、干燥、風(fēng)雨氣候環(huán)境下準(zhǔn)確測量水面蒸發(fā)量；

冰凍季節(jié)初期，當(dāng)蒸發(fā)桶水面結(jié)有薄冰時(shí)，在確認(rèn)蒸發(fā)桶與靜水桶之間的連通管保持水路暢通的情況下允許用人工破冰將冰凌擊碎，使之浮于水面，然后進(jìn)行觀測。人工破冰測量水面蒸發(fā)量，不影響觀測準(zhǔn)確度；

進(jìn)入完全冰凍期前，本系統(tǒng)設(shè)備必須停用。在停用之前，必須按照《水面蒸發(fā)量觀測》規(guī)范的要求，將蒸發(fā)桶、水圈、靜水桶、雨量計(jì)浮子桶、溢流桶、補(bǔ)水桶及各相關(guān)連通管中的存水全部排放干凈，以防止儀器設(shè)備冰凍脹裂，并須將基本觀測器具：蒸發(fā)計(jì)、雨量計(jì)、溢流桶等移至室內(nèi)保管。

產(chǎn)品概述：

LCZ-ZF2型全天候數(shù)字式自動(dòng)蒸發(fā)站是依據(jù)中華人民共和國水利電力部《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》SD265-88和中國氣象局2003年版《地面氣象觀測規(guī)范》相關(guān)要求制造，用于自動(dòng)觀測水面蒸發(fā)過程。

“數(shù)字水面蒸發(fā)站”的定義是指組成蒸發(fā)站的蒸發(fā)計(jì)、雨量計(jì)、溢流桶、數(shù)據(jù)采集控制過程、補(bǔ)水過程全部實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化的水面蒸發(fā)量觀測站。

LCZ-ZF2型全天候數(shù)字式自動(dòng)蒸發(fā)站的蒸發(fā)計(jì)、雨量計(jì)的分辨率均為0.1mm，溢流量分辨率為0.025mm，符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)最高等級(jí)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(fù)雜的人工觀測，實(shí)現(xiàn)水面蒸發(fā)量的自動(dòng)觀測、記錄。

LCZ-ZF2型蒸發(fā)站可與GPRS數(shù)據(jù)傳輸裝置連接組成遙測站。本站設(shè)備限于在非冰凍期內(nèi)使用。本站設(shè)備中的蒸發(fā)計(jì)和雨量計(jì)、溢流桶等裝置應(yīng)根據(jù)相關(guān)產(chǎn)品使用說明書要求進(jìn)行定期維護(hù)。

二、系統(tǒng)組成：

LCZ-ZF2型全天候數(shù)字式自動(dòng)蒸發(fā)站系統(tǒng)（以下稱“蒸發(fā)站”或“系統(tǒng)”）由數(shù)字水面蒸發(fā)計(jì)（以下稱蒸發(fā)計(jì)）、數(shù)字雨量計(jì)（以下稱雨量計(jì)）、溢流桶、自動(dòng)補(bǔ)水裝置、采集控制器(以下稱采集器)、上位機(jī)系統(tǒng)、電源保證系統(tǒng)等組成，上述各部分的電氣與水路相互連接關(guān)系如圖1、圖2所示。

圖1 LCZ-ZF2型全天候數(shù)字式自動(dòng)蒸發(fā)站平面位置圖

                     圖2 LCZ-ZF2型全天候數(shù)字式自動(dòng)蒸發(fā)站立面展開圖

三、工作原理：

本蒸發(fā)站系統(tǒng)以蒸發(fā)計(jì)、雨量計(jì)、溢流桶為基本觀測工具，以采集器自動(dòng)采集、處理、顯示蒸發(fā)、降水、溢流過程信息、自動(dòng)控制蒸發(fā)桶、溢流桶補(bǔ)、排水過程。采集器通過RS485/232通信接口分別與上位機(jī)系統(tǒng)、數(shù)傳通信機(jī)連接，利用系統(tǒng)配套的應(yīng)用軟件可以實(shí)現(xiàn)水面蒸發(fā)過程信息的遠(yuǎn)程監(jiān)測及資料整編入庫。

投入運(yùn)行的蒸發(fā)站蒸發(fā)桶水位高度應(yīng)保持在水位標(biāo)志線上。無降水日時(shí)，采集器自動(dòng)采集蒸發(fā)桶內(nèi)水面高度變化計(jì)算蒸發(fā)量。每當(dāng)蒸發(fā)桶內(nèi)水面高度降至約定值（水位標(biāo)志線以下10mm）時(shí)，采集器在觀測日分界時(shí)刻（水文分界日為8：00，氣象分界日為20：00）控制補(bǔ)水泵B₃工作，給蒸發(fā)桶、水圈自動(dòng)補(bǔ)水，使桶中水位恢復(fù)至水位標(biāo)志線高度，然后，以補(bǔ)水后的高度作為起測點(diǎn)，測量下一時(shí)段的蒸發(fā)量。

在降水日，當(dāng)蒸發(fā)桶水位升高至約定值（水位標(biāo)志線以上10 mm）時(shí)，采集器驅(qū)動(dòng)溢流泵B₁工作，使蒸發(fā)桶中的水流入溢流桶，當(dāng)溢流桶水位達(dá)到約定值時(shí)溢流過程結(jié)束，采集器采集計(jì)算溢流量數(shù)據(jù)后啟動(dòng)溢流桶排水泵B₂工作，將溢流桶中的水排放至約定底水高度。

依據(jù)《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》及國家氣象局《地面氣象觀測規(guī)范》規(guī)定，蒸發(fā)量的計(jì)算公式為：

蒸發(fā)量=（蒸發(fā)桶水位測量值-蒸發(fā)桶水位起算值）+降水量-溢流量

上式可簡化表示為：

         Q_F =（W_t-W₀）+Q_j-Q_y

式中：Q_F: 表示水面蒸發(fā)量，單位：mm

W_t：表示測量時(shí)刻（t）的蒸發(fā)桶水位，單位：mm

W₀：表示起算時(shí)刻的蒸發(fā)桶水位，單位：mm

W_t、W₀值由FFZ-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計(jì)自動(dòng)測量。

Q_j：表示被測時(shí)段內(nèi)的降水量，Q_j值由JFZ-01型數(shù)字雨量計(jì)提供，單位：mm

Q_y：表示被測時(shí)段內(nèi)的溢流量，Q_y值由溢流桶自動(dòng)測量，單位：mm

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