锦州利诚科技发展有限公司

一、产品概述：

LCZ-ZF2型全天候数字式自动蒸发站是依据中华人民共和国水利电力部《水面蒸发观测规范》SD265-88和中国气象局2003年版《地面气象观测规范》相关要求制造，用于自动观测水面蒸发过程。

“数字水面蒸发站”的定义是指组成蒸发站的蒸发计、雨量计、溢流桶、数据采集控制过程、补水过程全部实现了数字化的水面蒸发量观测站。

LCZ-ZF2型全天候数字式自动蒸发站的蒸发计、雨量计的分辨率均为0.1mm，溢流量分辨率为0.025mm，符合相关国家标准等级要求，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、复杂的人工观测，实现水面蒸发量的自动观测、记录。

LCZ-ZF2型蒸发站可与GPRS数据传输装置连接组成遥测站。本站设备限于在非冰冻期内使用。本站设备中的蒸发计和雨量计、溢流桶等装置应根据相关产品使用说明书要求进行定期维护。

二、系统组成：

LCZ-ZF2型全天候数字式自动蒸发站系统（以下称“蒸发站”或“系统”）由数字水面蒸发计（以下称蒸发计）、数字雨量计（以下称雨量计）、溢流桶、自动补水装置、采集控制器(以下称采集器)、上位机系统、电源保证系统等组成，上述各部分的电气与水路相互连接关系如图1、图2所示。 

图1 LCZ-ZF2型全天候数字式自动蒸发站平面位置图

图2 LCZ-ZF2型全天候数字式自动蒸发站立面展开图

三、工作原理：

本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、溢流桶补、排水过程。采集器通过RS485/232通信接口分别与上位机系统、数传通信机连接，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（水位标志线以下10mm）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B₃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（水位标志线以上10 mm）时，采集器驱动溢流泵B₁工作，使蒸发桶中的水流入溢流桶，当溢流桶水位达到约定值时溢流过程结束，采集器采集计算溢流量数据后启动溢流桶排水泵B₂工作，将溢流桶中的水排放至约定底水高度。

依据《水面蒸发观测规范》及国家气象局《地面气象观测规范》规定，蒸发量的计算公式为：

蒸发量=（蒸发桶水位测量值-蒸发桶水位起算值）+降水量-溢流量

上式可简化表示为：

         Q_F =（W_t-W₀）+Q_j-Q_y

式中：Q_F: 表示水面蒸发量，单位：mm

W_t：表示测量时刻（t）的蒸发桶水位，单位：mm

W₀：表示起算时刻的蒸发桶水位，单位：mm

W_t、W₀值由FFZ-01型数字水面蒸发计自动测量。

Q_j：表示被测时段内的降水量，Q_j值由JFZ-01型数字雨量计提供，单位：mm

Q_y：表示被测时段内的溢流量，Q_y值由溢流桶自动测量，单位：mm

四、技术指标：

五、系统参数：

5.1 系统测量误差及表示方法

5.1.1无降水日的系统蒸发量测量误差（δF）的表示方法：

无降水日时，系统蒸发量测量误差δF 等于 蒸发计自身测量误差δf，其表达式为：

δF ≤±0.3mm（当蒸发量≤10mm时）或δF≤±0.3mm±3%F.S（当蒸发量≥10mm时）

5.1.2 降水日且发生溢流时系统蒸发量测量误差（δF）的表示方法：

有降水且发生溢流时，系统测量误差δF 为蒸发计测量误差δf、雨量计测量误差δj、溢流量测量误差δy的代数和，其表达式为：δF ＝ ±δf +（±δj）+（±δy）

5.2 降水日系统蒸发量出现负值的原因及表示方法：

降水日的蒸发量可能很小，而降水日的降水量和溢流量可能很大，会导致降雨量的测量误差δj、溢流量测量误差δy的可能很大，因此系统测量误差δF很可能出负值；依据水面蒸发量观测规范对出现负值的处理规定，本系统自动默认蒸发量为0，并在上位机显示界面上作“0”显示。

5.3系统的自诊断功能

系统具有自诊断功能，对于运行过程中出现的一些异常，采集器提供相应的故障报警。故障报警信息通过通讯方式传输到上位计算机。

5.3.1蒸发计、雨量计、溢流桶工作状态诊断及报警

系统中蒸发计、雨量计、溢流桶等是各自独立工作的，它们通过系统内部的一条RS-485通讯总线与采集器进行通讯。当采集器与某个设备通讯中断时采集器本身将发出声报警，同时故障报警信息通过通讯方式传输到上位计算机。

5.3.2 蒸发桶水路系统渗漏的自诊断及报警

由于安装不正确或者装置使用过程中蒸发桶沉降等原因可能引起蒸发桶水路系统出现渗漏。极轻微的渗漏一般可自愈，较严重的渗漏会引起蒸发量异常增大。当小时蒸发量≥1.0mm以上时即认为水路系统出现渗漏。上位计算机报警“水位异常”，渗漏程度可从小时水位变化得到。

5.3.3 蒸发桶水位异常升高的自诊断及报警

在没有降水发生时蒸发桶水位不会出现升高，若由于人为向蒸发桶加水或有异物落入蒸发桶则会造成蒸发桶水位出现异常升高。当小时水位升高≥1.0mm以上时即认为蒸发桶水位异常升高。上位计算机报警“水位异常”，水位异常程度可从小时水位变化得到。

5.3.4 补、排水过程的监测及故障报警

日分界时刻之后和降水期间可能出现补水或溢流排水过程，补水或溢流排水是由采集器发送命令，由蒸发桶或溢流桶的控制电路控制相应的直流水泵完成的。

蒸发桶补水只在日分界时刻之后进行，并且每天只进行补水。当补水开始30秒后蒸发桶水位上升≤5，或者补水10分钟后蒸发桶水位仍达不到标准水位，上位计算机报警“补水故障”。当补水桶缺水、补水泵故障等原因可能造成不补水或补水时间过长。

降水期间出现溢流时，若溢流进水泵启动10秒后溢流桶水位上升小于10，系统报警“溢流进水故障”，若溢流排水泵启动10秒后溢流桶水位下降小于10，上位计算机报警“溢流排水故障”。当溢流桶进水泵或排水泵故障、管路堵塞、泄漏等原因可能造成溢流桶进水或排水异常。

5.3.5 系统电源电压的自动测量及欠压报警

采集器内部具有工作电源电压采集功能，可将采集的电源电压通过通讯方式传输到上位计算机，电源电压采集误差≤±2%。蒸发计、雨量计、溢流桶等都具有工作电源电压监测功能，当某个装置工作电源电压≤10.5V时该装置提供相应的故障报警信息。故障报警信息通过采集器以通讯方式传输到上位计算机。

5.4 系统内部时钟

采集器具有内部电池保持的实时时钟，当采集器断电时不停止计时，当采集器通电工作时内部电池不耗电。

5.4.1实时时钟计时误差≤0.01%。

5.4.2上位计算机通过通讯方式可以对采集器内部实时时钟进行较时。

5.4.3当采集器断电时内部电池可保持实时时钟运行5～10年。

5.5采集器数据记录

采集器具有蒸发数据记录功能，可以记录至少一年半以上的信息，记录数据具有掉电保持功能。

5.5.1蒸发数据记录采用循环记录方式，新的记录数据覆盖早的记录数据。

5.5.2蒸发数据每小时记录，每条记录数据包括：当前记录的日期时间，蒸发量，溢流量，降雨量，各个设备的工作状态，电源电压等等。

5.5.3蒸发记录数据可以通过上位计算机读取。

5.6上位机系统

上位机系统包括一台运行WINDOWS视窗操作系统的计算机和与LCZ-ZF2型数字水面蒸发站配套的应用软件。计算机的串行通讯口上连接一只RS-232至RS-485转换器，通过与采集器连接的485通讯总线进行信息传输。

5.6.1上位机系统可以实时监测LCZ-ZF2型数字水面蒸发站的运行状态，如采集器和蒸发计、雨量计、溢流桶的工作状态，以及降雨状态、各个水泵工作状态等等。上位机系统还实时显示蒸发量、蒸发桶水位、降水量、溢流量、电源电压等等多个与蒸发量有关的参数。另外，上位机系统还可以读取采集器记录的蒸发数据并存入Access数据库。

5.6.2使用与LCZ-ZF2型数字水面蒸发站配套的应用软件可以输出符合规范要求的经过整编的报表。报表采用Excel格式，用户可以对Excel报表进行二次整编。

5.6.3当上位机关机时不影响采集器的工作和数据记录，上位机重新开机后可以读出上位机关机期间采集器记录的数据并存入Access数据库。

强烈建议：每天读取采集器记录的蒸发数据，防止因设备故障造成记录数据丢失。

5.6.4 上位机应用软件的安装与使用方法请参考《JLC-ZF2型数字式水面蒸发站软件使用说明书》。

5.7供电

LCZ-ZF2型数字式水面蒸发站采用直流12V供电，可以采用具有浮充充电装置的12V蓄电池供电系统。采用蓄电池供电系统可以保证当外部供电因故停电时不会造成蒸发站停止运行，采用浮充充电装置给蓄电池充电可以简化蓄电池充电管理操作。

5.7.1 LCZ-ZF2型数字式水面蒸发站的供电系统要求配备12V、24AH以上容量的全密封免维护蓄电池。当充电装置因故暂停充电时，可以保证蒸发站继续工作15天。

5.7.2 LCZ-ZF2型数字式水面蒸发站配备的全密封免维护蓄电池可以使用太阳能电池板或交直流转换器充电，必须使用相应的具有浮充充电功能和蓄电池保护功能的充电控制器。

5.8遥测蒸发站

LCZ-ZF2型数字式水面蒸发站与各种无线通讯设备组合可以组成遥测蒸发站。与JLC-ZF2型数字式水面蒸发站组合的无线通讯设备应是高可靠、低功耗、易使用的设备。

5.8.1 与LCZ-ZF2型数字式水面蒸发站组合的无线通讯设备应RTU方式。具备至少一个与蒸发站通讯的RS-485通讯接口，该通讯接口应支持兼容 Modbus 通信协议的

5.8.2 与LCZ-ZF2型数字式水面蒸发站组合的无线通讯设备应采用直流12V供电，可以与蒸发站公用一组蓄电池供电系统（应相应增加供电系统的容量）。

5.8.3 与LCZ-ZF2型数字式水面蒸发站组合的无线通讯设备应支持自报和召测等多种数据传输模式，并可以远程设置。

5.9 设备使用环境

在非冰冻期，本站设备适用于各种湿热、干燥、风雨气候环境下准确测量水面蒸发量；

冰冻季节初期，当蒸发桶水面结有薄冰时，在确认蒸发桶与静水桶之间的连通管保持水路畅通的情况下允许用人工破冰将冰凌击碎，使之浮于水面，然后进行观测。人工破冰测量水面蒸发量，不影响观测准确度；

进入完全冰冻期前，本系统设备必须停用。在停用之前，必须按照《水面蒸发量观测》规范的要求，将蒸发桶、水圈、静水桶、雨量计浮子桶、溢流桶、补水桶及各相关连通管中的存水全部排放干净，以防止仪器设备冰冻胀裂，并须将基本观测器具：蒸发计、雨量计、溢流桶等移至室内保管。