水面自動蒸發(fā)監(jiān)測站

1　概述

JBZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計是依據(jù)中華人民共和國GB 21327-2007《水面蒸發(fā)器》、水利電力部《水面蒸發(fā)觀測規(guī)范》SD265-88和2003年版《地面氣象觀測規(guī)范》相關(guān)要求制造，用于自動觀測水面蒸發(fā)過程。

JBZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計由蒸發(fā)桶（池）和數(shù)字式水面蒸發(fā)傳感器為蒸發(fā)量觀測器具，以專用采集控制器采集處理蒸發(fā)數(shù)據(jù)并完成蒸發(fā)器自動補排水控制，實現(xiàn)水面蒸發(fā)過程的高精度實時在線測量。

本儀器的蒸發(fā)傳感器采用分辨力為0.1mm的信源數(shù)字編碼型傳感器，在高溫、高濕、風(fēng)浪、沙塵環(huán)境下能穩(wěn)定、可靠地工作。

2.1 JBZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計的工作原理和結(jié)構(gòu)

JBZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計由蒸發(fā)桶、水圈、連通管、水位編碼器、浮子、測纜、平衡錘、靜水桶、圓形支板、調(diào)水平裝置、自動補排水裝置、采集控制器（以下簡稱采集器）等組成。安裝時將蒸發(fā)桶、連通管、靜水桶組成連通器；水位編碼器、采集器、調(diào)平衡裝置水平安裝在靜水筒的圓形支板上；浮子、測纜、平衡錘纜分別懸掛在水位編碼器的測輪圓周的兩個凹槽內(nèi)，浮子安裝在靜水桶內(nèi)。當(dāng)蒸發(fā)桶中的水面蒸發(fā)引起水位下降時，靜水桶中的水面同步下降，浮子即拉動測纜帶動測輪和編碼器旋轉(zhuǎn)，編碼器即可輸出與水面下降量相對應(yīng)的編碼數(shù)據(jù)。采集器通過采集對應(yīng)時段范圍內(nèi)的水位變化量，計算出時段水面蒸發(fā)量。

2.2  本儀器裝有不銹鋼防風(fēng)、防塵外罩，靜水桶采用了和蒸發(fā)桶同樣的半埋式結(jié)構(gòu)，以盡量保證了靜水桶和蒸發(fā)桶中的水溫一致，使傳感器能在惡劣的室外環(huán)境下可靠地工作。

2.3  對于JBZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計而言，蒸發(fā)桶的直徑為Φ612mm，其面積為3000cm²，靜水桶工作區(qū)段直徑為Φ240mm，面積為453.27cm²，當(dāng)蒸發(fā)桶中的蒸發(fā)量為0.1mm時（即相當(dāng)于從蒸發(fā)桶中取出30ml水時）浮子感測到的水位變化量△h只有0.086896㎜。

其中，△h= S₁／（S₀ + S₁）  =457.27／（3000+453.27） =0.086896(mm)         

式中：S₀=3000cm²

S₁=πr² =3.1416×(12cm)² =453.27cm²     

因此，用螺旋測針在本蒸發(fā)桶中人工測量的數(shù)據(jù)與本數(shù)字蒸發(fā)計測量到的數(shù)據(jù)相對比時，應(yīng)將人工測針測量數(shù)值除以0.086896才是實際蒸發(fā)量。

2.4  JBZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計與20平方米蒸發(fā)池配套使用時，因為傳感器靜水桶的面積只有蒸發(fā)池面積2.4‰，可以基本上不考慮靜水桶與蒸發(fā)池之間水體的交換的影響?？梢杂眠B通管直接與蒸發(fā)池相連接，或者將蒸發(fā)傳感器的靜水桶安裝在20平方米的蒸發(fā)池中使用（與20m²蒸發(fā)池配套使用時，應(yīng)配套相應(yīng)直徑的測輪，在訂貨時應(yīng)加以補充說明）。

2.5  JBZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計工作時，當(dāng)蒸發(fā)桶（池）中的水位低到某一預(yù)定值時，采集控制器啟動補水裝置予以補水。當(dāng)有降雨時，當(dāng)蒸發(fā)桶（池）中的水位上升到某一預(yù)定高度時，通過采集控制器可以啟動排水裝置予以排水。靜水桶中的水位數(shù)值始終可以受到監(jiān)控。

2.6  使用本蒸發(fā)計，只能準(zhǔn)確測量非降水時段的水面蒸發(fā)量。如欲測量包括降雨期內(nèi)的日蒸發(fā)量，依照國家水文局和國家的要求，還必須配置分辨力為0.1mm的高精度雨量計〔其測量誤差≤(1～2)%〕等相關(guān)裝置才能實現(xiàn)。

3  技術(shù)參數(shù)

3.1  蒸發(fā)量量測分辨力：0.1mm；

3.2  蒸發(fā)量量測精度： 蒸發(fā)量≤10mm，測量誤差：≤±0.3mm；

蒸發(fā)量＞10mm，測量誤差：≤±(0.3mm+1%F.S))；； 

3.3  蒸發(fā)量量測范圍：不小于20mm

3.4  輸出接口：RS-485；

3.5  電源電壓：12V/DC（-5%~+25%）；

3.6  環(huán)境溫度：0℃~+55℃；

3.7  儲存溫度：-10℃~+60℃。

4  使用注意事項

4.1  儀器設(shè)備檢查

4.1.1  按照包裝運輸清單，核對數(shù)量及包裝內(nèi)容，檢查包裝是否有破損和缺漏。

4.2.2  打開包裝箱，按裝箱單核對裝箱物品并檢查儀器的外觀及裝箱零件，有無損傷。

4.1.3  閱讀使用說明書，了解儀器性能、結(jié)構(gòu)、安裝方法和使用、檢定方法。

4.2  搬運

4.2.1  產(chǎn)品搬運時一般應(yīng)連包裝一起進(jìn)行。應(yīng)盡量使用原包裝。

4.2.2  已經(jīng)拆除包裝的產(chǎn)品，特別是測量傳感器，應(yīng)當(dāng)托住圓形支板垂直向上進(jìn)行搬運和放置，切忌睡倒和顛倒搬運。

4.2.3  安裝過程中，需要打開傳感器的外筒，此時挪動傳感器時同樣應(yīng)當(dāng)托住圓形支板進(jìn)行，切不可拿住傳感器內(nèi)部零件來回?fù)u動。

4.2.4  傳感器內(nèi)部極其精密，未做好減震包裝之前，應(yīng)避免使用顛簸過大的運輸工具運輸。

4.3  儲存和保管

4.3.1  產(chǎn)品儲存時連包裝進(jìn)行。

4.3.2  產(chǎn)品儲存應(yīng)當(dāng)放置在通風(fēng)干燥的倉庫內(nèi)，環(huán)境溫度和濕度應(yīng)當(dāng)遵循技術(shù)規(guī)范的要求。

4.3.3  已經(jīng)拆除包裝的儀器設(shè)備，或是不在測量季節(jié)收回室內(nèi)保養(yǎng)的儀器設(shè)備，應(yīng)當(dāng)擱置在距地面60cm以上的架子上。

4.3.4  產(chǎn)品長期儲存時應(yīng)定期檢查其外觀和功能，并至少每年通電一次，防止意外損壞。

5.1  安裝場地的要求

根據(jù)“觀測規(guī)范"，蒸發(fā)計的安裝場地應(yīng)滿足以下要求：

5.1.1  觀測場一般為25m×25m的平整場地，確因條件限制，也可取16m（東西向）×20m（南北向），高山站、海島站、無人站不受此限。場地內(nèi)應(yīng)有良好的排水設(shè)施，保證在大暴雨情況下場地內(nèi)的積水不得高于地面以上5cm。

5.1.2  觀測場四周一般設(shè)置約1.2m高的稀疏圍欄，圍欄不宜采用反光太強的材料。觀測場圍欄的門一般開在北面。場地應(yīng)平整，保持有均勻草層（不長草的地區(qū)例外），草高不能超過20厘米。對草層的養(yǎng)護(hù)，不能對觀測記錄造成影響。場內(nèi)不準(zhǔn)種植作物。

5.1.3  為保持觀測場地自然狀態(tài)，場內(nèi)鋪設(shè)0.3-0.5m寬的小路（不得用瀝青鋪面），人員只準(zhǔn)在小路上行走。有積雪時，除小路上的積雪可以清除外，應(yīng)保護(hù)場地積雪的自然狀態(tài)。

5.1.4  根據(jù)場內(nèi)儀器布設(shè)位置和線纜鋪設(shè)需要，在小路下修建電纜溝(管)，電纜溝（管）應(yīng)做到防水、防鼠，便于維護(hù)。

5.1.5  觀測場的防雷設(shè)施必須符合氣象行業(yè)規(guī)定的防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5.2  觀測場內(nèi)儀器設(shè)施的布置 

觀測場內(nèi)儀器設(shè)施的布置要注意互不影響，便于觀測操作。見圖2 JBZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計平面安裝示意圖。

5.2.1  高的儀器設(shè)施安置在北邊，低的儀器設(shè)施安置在南邊；

5.2.2  各儀器設(shè)施東西排列成行，南北布設(shè)成列，儀器距觀測場邊緣護(hù)欄不小于3m；

5.2.3  儀器安置在緊靠東西向小路南面，觀測員應(yīng)從北面接近儀器。

5.3  設(shè)備安裝前的準(zhǔn)備工作

000025.3.1  按照圖1、圖2尺寸要求挖好觀測場內(nèi)的管路和電路地溝，應(yīng)當(dāng)盡量選擇路邊不種植作物的土地，開挖深大于30cm、寬30cm的溝槽（也可用磚砌電纜溝），電纜用塑料管作保護(hù)套管，穿線后測試確保各條線路暢通后填土埋實。溝槽如果必須經(jīng)過草皮，應(yīng)當(dāng)重新鋪好草皮。

000035.3.2  要求自來水管路鋪設(shè)到觀測場內(nèi)補水桶處。

5.4  蒸發(fā)桶和水圈的安裝

5.4.1  結(jié)構(gòu)

1、蒸發(fā)桶是一個具有圓錐底的圓柱桶。用玻璃鋼材料制成。為保證口緣不變形，器口呈里直外斜的刀刃形，整體高為68.7cm。在桶壁開連通管孔和排水孔。

2、水圈是裝置在蒸發(fā)桶外圍的，由四個形狀和大小都相同的弧形水槽組成。四個水槽內(nèi)壁所組成的圓應(yīng)與蒸發(fā)桶外壁相吻合。為保證每個水槽的水位相同，在每個水槽的兩側(cè)開孔后用空心銅接頭連接。
    3、排水機構(gòu)：由排水泵和排水管道組成，供降雨時排水用。

 5.4.2  蒸發(fā)桶的埋設(shè)

蒸發(fā)桶的埋設(shè)，可按圖1的尺寸進(jìn)行。具體要求如下：

    1、蒸發(fā)桶器口高出地面30.0±0.5cm，并保持水平。埋設(shè)時可用水平尺在至少三個不同方向校驗，器口應(yīng)保持水平。

    2、水圈應(yīng)緊靠蒸發(fā)桶，蒸發(fā)桶的外壁與水圈內(nèi)壁的問隙應(yīng)小于0.5cm。水圈的排水孔底和蒸發(fā)桶的溢流孔底，應(yīng)在同一水平面上。

    3、蒸發(fā)桶四周設(shè)一寬50.0cm(包括防坍墻在內(nèi))、高22.5cm的土圈。土圈外層的防塌墻用磚順向平擺干砌而成。在土圈的北面留一小于40.Ocm的觀測缺口。

    4、埋設(shè)儀器時應(yīng)力求少擾動原土，坑壁與桶壁的間隙用原土回填搗實。在距蒸發(fā)桶1.2m處用磚砌一深50cm的窨井，內(nèi)部安裝連接蒸發(fā)桶和蒸發(fā)傳感器的連通管及球閥。

    5、連通管及球閥要埋在深度為30cm的溝槽內(nèi)，球閥安裝在窨井中。

6、排水泵進(jìn)水口應(yīng)方向向下，并在進(jìn)水孔上覆蓋濾網(wǎng)，在蒸發(fā)桶壁上和排水管組件連接。排水管的出水口應(yīng)彎折后向下，出水口高度距地平面為300~350mm。

7、安裝好后需認(rèn)真檢查所有接點，不能有滲漏水現(xiàn)象，待傳感器工作正常后，再檢查所有接點無漏水時將溝槽填平、壓實。

5.5  蒸發(fā)傳感器靜水桶的安裝

    JBZF-01數(shù)字水面蒸發(fā)計靜水桶的埋設(shè)，可按圖1的尺寸進(jìn)行。具體要求如下：

    1、靜水桶口高出地面28.0±0.5cm，并保持水平。埋設(shè)時可用水平尺檢驗。

    2、靜水桶四周設(shè)一直徑100.0cm(包括防坍墻在內(nèi))、高22.5cm的土圈。土圈外層的防塌墻用磚順向平擺干砌而成。

    3、埋設(shè)靜水桶時應(yīng)力求少擾動原土，坑壁與桶壁的間隙用原土回填搗實。桶壁連接的連通管和在距蒸發(fā)筒1.2m米處的窨井內(nèi)的球閥接通，使能連接蒸發(fā)桶的連通管。

    4、安裝好后需認(rèn)真仔細(xì)的檢查所有水路連接處，不能有滲漏水現(xiàn)象，待傳感器工作正常后，再檢查所有接點無漏水時將溝槽填平、壓實。

5.6  自動補水裝置的安裝

5.6.1  參考圖2和圖3所示設(shè)備安裝固定尺寸要求，開挖好淺坑。

5.6.2  把補水桶放入淺坑中，將補水泵和補水管用接頭連接妥當(dāng)后，用原土填實。

5.6.3  接上手動閥并連接外部供水管道，蓋上補水桶蓋。

5.7  傳感器的安裝

JBZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計的傳感器部分包括水位編碼器、浮子、測纜、平衡錘、圓形支板、調(diào)水平裝置。采集控制器安裝在圓形支板上。

5.7.1  將傳感器部分從包裝箱取出后，先拆下圓桶形外罩下部的3顆固定螺釘，垂直向上取下外罩，將底部浮子的包裝固定物拆除。

5.7.2  手托住浮子搬起傳感器部分，置于靜水桶上方，將浮子輕輕放入靜水桶內(nèi)，放下傳感器部分。

5.7.3  調(diào)整圓形支板上的3顆調(diào)平螺釘，并觀察圓形支板上的水平泡，當(dāng)水平泡內(nèi)的氣泡處于中心位置時，將圓形支板上的3顆固定螺釘和靜水桶固定。

5.7.4  將浮子測纜懸掛于測輪靠近編碼器的凹槽內(nèi)，當(dāng)浮子測纜靜止時應(yīng)位于圓形支板的過線孔的中心，不應(yīng)蹭到孔邊沿。

5.7.5  將平衡錘纜懸掛于測輪遠(yuǎn)離編碼器的凹槽內(nèi)。

5.8  水路連接和電路連接

5.8.1  蒸發(fā)傳感器和蒸發(fā)桶的水路連接

蒸發(fā)傳感器的靜水桶和蒸發(fā)桶的水路連接使用Ф32毫米PPR管材、φ25環(huán)節(jié)軟管和接頭。在窨井位置安裝手動閥門。連通管路中不允許有氣泡殘留。

5.8.2  蒸發(fā)傳感器和補水桶的水路連接

蒸發(fā)傳感器和補水桶的水路連接使用12/16規(guī)格的鋁塑管和相應(yīng)接頭直接連接。在蒸發(fā)桶和水圈接合部位，再安裝分流器（三通），使得補水桶能同時向蒸發(fā)桶和水圈補水。

5.8.3 電路連接

自動補水裝置的補水桶下方有補水水泵，蒸發(fā)桶內(nèi)有排水水泵，分別用截面積不小于0.5mm² 的2芯電纜從接線端子處連接至蒸發(fā)傳感器內(nèi)的采集控制盒，接線方式如圖5所示。（注意：補、排水泵的連線電阻值均不得大于1Ω）。所有外引線整理整齊后從圓形支板的缺口處引出。

6  使用前的檢查準(zhǔn)備和初始狀態(tài)設(shè)定

6.1  運行前的檢查和準(zhǔn)備

6.1.1  各設(shè)備運行調(diào)整前檢查各手動閥和電動泵應(yīng)全部為關(guān)閉狀態(tài)。

6.1.2  所有設(shè)備的水路和電路連接完成后，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)檢查各水管接頭是否有滲漏水現(xiàn)象，仔細(xì)核對電器接線的正確性。

6.1.3  檢查供電電源的情況，應(yīng)當(dāng)符合12V/DC（-5%~+25%）的要求，當(dāng)補水泵、排水泵工作時電源電壓應(yīng)不低于10.2V。

 6.2  設(shè)備初始狀態(tài)的設(shè)定及調(diào)整

6.2.1  補水桶加水

開啟自來水閥門，補水桶應(yīng)自動加水至浮球限定的水位高度。

6.2.2  蒸發(fā)桶和蒸發(fā)傳感器人工加水

打開窨井中的手動閥，使之處于全開狀態(tài)，使蒸發(fā)桶與蒸發(fā)傳感器靜水桶形成連通器，這時蒸發(fā)桶中的水能夠自動流入蒸發(fā)傳感器靜水桶，按照采集控制器說明啟動補水水泵DF1，給蒸發(fā)桶、水圈和蒸發(fā)傳感器補水，直至蒸發(fā)桶中水位至水位標(biāo)志線高度，然后關(guān)閉DF1。

6.2.3  蒸發(fā)傳感器起算點的調(diào)整

在蒸發(fā)桶水位處于水位標(biāo)志線時，采集控制器（或計算機）顯示屏幕上觀測到的蒸發(fā)傳感器輸出值，就是起算點高度，應(yīng)為300±50。如果顯示值超出范圍應(yīng)改變浮子測纜的長度。重新固定浮子測纜，使傳感器輸出值在規(guī)定范圍之內(nèi)。

注意：由于蒸發(fā)桶內(nèi)的水位上升或下降的變化和蒸發(fā)量大或小的表示正好相反，因此蒸發(fā)傳感器中浮子下降代表了蒸發(fā)量增加，而有降雨時，蒸發(fā)桶內(nèi)水位上升，浮子也上升，此時編碼器數(shù)值反而減小。

7  采集控制器的系統(tǒng)運行

7.1  特點

JBZF-01型數(shù)字水面蒸發(fā)計的采集控制器采用超低功耗16位MCU設(shè)計而成，可以實現(xiàn)蒸發(fā)量的自動采集、控制和數(shù)據(jù)上傳，采用中文液晶顯示，具有良好的人機接口性能。

7.2  技術(shù)參數(shù)和性能詳解

7.2.1  RS485輸入接口：該控制器和蒸發(fā)傳感器通過RS485口連接，通過RS485口讀取蒸發(fā)傳感器數(shù)值。

7.2.2  RS485輸出接口：該控制器具有一路RS485輸出接口，可以將數(shù)據(jù)上傳到中心站。

7.2.3  補水泵控制口：控制補水桶補水泵打開和關(guān)斷。

7.2.4  排水泵控制口：控制溢流桶排水泵打開和關(guān)斷。

7.2.5  顯示方式：中文液晶顯示。

7.3  端口接線圖