CN108279184A - 称重式水面蒸发测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种称重式水面蒸发测量方法及装置，其蒸发皿的一侧底部通过水管与进水器的下端连通，所述进水器的上端通过补水控制阀和水管与补水桶的下端连通，所述补水桶的上端通过进水控制阀和水管与水源连通，所述补水桶处设置有补水称重器，所述蒸发皿的另一侧上部设置有溢流口，所述溢流口通过溢流控制阀和水管与溢流桶连通，所述溢流桶的下端通过排水控制阀和水管与外界连通，所述溢流桶处设置有溢流称重器，所有的控制阀、补水称重器和溢流称重器均分别与控制器连接。本发明通过补水的重量和溢流水的重量之间的差值来体现水的蒸发量，避免了接触式或非接触式自动测量蒸发皿内水位的缺陷，减少了中间环节，提高了自动监测的可靠性、稳定性和精度。

Description

称重式水面蒸发测量方法及装置

技术领域：

本发明涉及一种水面蒸发测量技术，特别是涉及一种称重式水面蒸发测量方法及装置。

背景技术：

水面蒸发观测是水文、气象监測的重要内容之一。按照《水面蒸发观测规范》（SL 630-2013）的要求，标准水面蒸发皿（即E601蒸发皿）作为水面蒸发观测常规器具。标准水面蒸发皿器口面积为3000cm², 直径约为618mm,高687mm。由蒸发皿、水圈、量测装置、溢流桶组成。日常人工蒸发监测工作的关键环节和主要操作有四个方面：一是当蒸发皿内水位接近蒸发皿内水位标志线100mm时，要向蒸发皿内补水，补水至水位标志线，记录补水量。二是在没有出现降水时，每日8时通过测针量测蒸发皿内水位，计算日蒸发量，做好记录。三是在出现降水时，每日8：00时，要通过雨量计观测日降水量，通过测针量测蒸发皿内水位，通过量筒量测蒸发皿溢流孔的溢流水量，计算日蒸发量，做好记录。其中补水量、蒸发皿水位、溢流量、降水量精度均要求达到0.1毫米。四是由于夏季温度高，蒸发皿内的水容易腐朽变质，生长粘液，影响观测精度，因此要定期换水。

目前，由于蒸发观测环节多，精度要求高，自动控制的难度较大，蒸发观测基本都处于人工观测状态，其效率低，这与水文气象现代化需求不相适应。并且，现有自动蒸发传感装置，多是开展蒸发皿中水位的监测，装置复杂，干扰因素多，实用性差,难于推广应用。电信号测针式测计水位涉及水的电阻，不可靠；超声波测计水位设备放置在E601蒸发皿上方，影响测量精度；采用激光传感器量测水位，需要在旁设静水桶水面上设置浮板，由于水的粘滞性和浮板运动阻力，会影响测量精度;采用E601蒸发皿整体承重计算水位的方法，因为风沙影响会造成较大误差。针对E601蒸发皿中的水位测量，无论是接触式传感装置，还是非接触式的传感装置，均存在明显缺点和不足，这是目前水面蒸发仍然处于人工监测状态的主要原因。此外，现有E601自动蒸发装置，均不能实现自动换水功能，进一步降低了实用性。

发明内容：

本发明所要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种设计合理、测量精度高、自动化程度高且成本较低的称重式水面蒸发测量方法及装置。

本发明的技术方案是：

一种称重式水面蒸发测量方法，其特征是：通过称重器分别测量补水的重量和溢流水的重量，二者的重量差即为水的蒸发重量；由水的蒸发重量、水的密度和蒸发皿器口面积即可得出蒸发皿水面蒸发量。

补水桶的水通过补水控制阀和水管进入进水器，进水器的水再通过水管进入蒸发皿的底部，进水器的高度高于蒸发皿，利用二者的高度差实现自动补水。 在蒸发皿的溢流口设置净水器，避免水面波动时水从溢流孔溢出；另外在进水器和蒸发皿之间的水管上设置排气管。

水管上设置的控制阀采用电磁阀，称重器采用电子秤，所有的电磁阀和称重器均分别与控制器连接，实现信号的采集、传输和显示。当出现降雨时，通过称重器分别测量补水的重量和溢流水的重量，并分别转化为蒸发皿水深，降雨量加补水量水深减去溢流量水深，即可得出蒸发皿水面蒸发量。

一种称重式水面蒸发测量装置，包括蒸发皿，所述蒸发皿的一侧底部通过水管与进水器的下端连通，所述进水器的上端通过补水控制阀和水管与补水桶的下端连通，所述补水桶的上端通过进水控制阀和水管与水源连通，所述补水桶处设置有补水称重器，所述蒸发皿的另一侧上部设置有溢流口，所述溢流口通过溢流控制阀和水管与溢流桶连通，所述溢流桶的下端通过排水控制阀和水管与外界连通，所述溢流桶处设置有溢流称重器，所述进水控制阀、补水控制阀、溢流控制阀、排水控制阀、补水称重器和溢流称重器均分别与控制器连接。

所述进水器的高度高于所述蒸发皿，利用二者的高度差实现自动补水，所述进水器和蒸发皿之间的水管上设置排气管。所述补水称重器和溢流称重器为压力式称重器，所述补水桶和溢流桶分别放置在所述补水称重器和溢流称重器上。

所述补水称重器和溢流称重器为拉力式称重器，所述补水桶和溢流桶分别吊装在所述补水称重器和溢流称重器的下端。所述蒸发皿可以是各种器口面积的蒸发皿。

本发明的有益效果是：

1、本发明采用全新的理论，通过定时定量补水的重量和溢流水的重量之间的差值来体现水的蒸发量，避免了接触式或非接触式自动测量蒸发皿内水位的缺陷，减少了中间环节，提高了自动监测的可靠性、稳定性和精度。

2、本发明控制阀采用电磁阀，电磁阀采用电池供电，能够接受信号实现自动启闭，提高整个系统的自动化程度，同时提高测量精度。

3、本发明在溢流口设置净水器，避免水面波动时水从溢流孔溢出，提高测量精度，另外，称重器采用自动化控制，检测结果自动传输，方便快捷。

4、本发明通过控制器参数设置，采用补水装置一日多次补水的方式，让新水注入E601下层，让上层旧水从溢流孔溢出，实现定期自动换水功能。

5、本发明能够实现水面蒸发量观测的自动化，淘汰传统落后的人工观测方式，大大提高工作效率，避免人工造成的错误与误差。

6、本发明结构简单，易于实施，并且控制阀、补水桶、E601蒸发皿、溢流桶等都是常规性的器件，称重传感器技术成熟、价格低廉，容易实施。

7、本发明器件简单，对环境要求低，便于运行维护，实用性强；抛弃了蒸发皿中水位监测环节，避免了水位测计精密传感器件的使用，消除了野外环境影响造成的不稳定性，增强了装置的实用性，易于推广实施，具有良好的经济效益。

附图说明：

图1为称重式水面蒸发测量装置的结构示意图。

具体实施方式：

实施例：参见图1，图中，1-进水自动阀，2-补水桶，3-补水称重器，4-补水自动阀，5-进水器，6-排气管，7-蒸发皿,8-溢流自动阀，9-溢流桶，10-溢流称重器，11-排水自动阀，12-净水器。

称重式水面蒸发测量装置包括蒸发皿7，其中：蒸发皿7的一侧底部通过水管与进水器5的下端连通，进水器5的上端通过补水控制阀4和水管与补水桶2的下端连通，补水桶2的上端通过进水控制阀1和水管与水源连通，补水桶2处设置有补水称重器3，蒸发皿7的另一侧上部设置有溢流口，溢流口通过溢流控制阀8和水管与溢流桶9连通，溢流桶9的下端通过排水控制阀11和水管与外界连通，溢流桶9处设置有溢流称重器10，进水控制阀1、补水控制阀4、溢流控制阀8、排水控制阀11、补水称重器3和溢流称重器10均分别与控制器连接。

优选地：进水器5的高度高于蒸发皿7，利用二者的高度差实现自动补水，进水器5和蒸发皿7之间的水管上设置排气管6，进水管水平部分要与溢流孔底部在同一水平线上。补水称重器3和溢流称重器10为压力式称重器，补水桶2和溢流桶9分别放置在补水称重器3和溢流称重器10上。或者，补水称重器3和溢流称重器10为拉力式称重器，补水桶2和溢流桶9分别吊装在补水称重器3和溢流称重器10的下端。所有的水管均为软水管。

本系统各部分的作用及工作原理是：

1、补水换水：

蒸发皿7的补水采用贮水箱或自来水管（也可两者并用，确保供水保证率）作为补水水源，补水桶2最大容量可承纳10kg水，补水称重器3可以实时记录补水桶2重量；当补水控制阀4开启时，能将补水桶2中的水在短时间内全部排入蒸发皿内。这样就完成了一次向蒸发皿7内的补水过程。

一次补水量的额定值可以通过控制器进行参数设置（一般设置为3kg、6kg或者9kg，相当于E601蒸发皿内10mm、20mm、30mm水深，额定值要依据当地最大日蒸发量确定。）。每日7：50，自动开启进水控制阀1向补水桶注水，当补水桶中水的重量达到额定值时，控制器发出指令，自动关闭进水控制阀1。每日8：00自动记录补水桶2重量并开启补水控制阀4向蒸发皿7内补水，补水完毕自动关闭补水控制阀4。

E601蒸发皿7换水日要根据季节确定，一般夏季每10天换一次水，其它季节每20天或更长时间换一次水，换水当日为换水日，除了换水日之外均为非换水日。在非换水日，设定为每日补水一次；在换水日，设定为每日补水多次，为蒸发皿更换新水。相关参数均可在控制器中设置，以实现自动控制。

2、蒸发皿：

在E601蒸发皿7旁侧设置进水器5，进水器5接入蒸发皿7底部附近，使进水时对蒸发皿7水面不造成扰动。在蒸发皿7溢流孔处设置静水器12，避免水面波动时水从溢流孔溢出。

3、溢流计量：

当溢流桶9水量达到设定额定值（3kg、6kg或者9kg）时，控制器发出指令关闭溢流控制阀8，开启排水控制阀11，将溢流筒9中水全部排掉；当溢流桶9排水完毕后，关闭排水控制阀11，开启溢流控制阀8继续溢流。这样循环运行完成溢流控制和计量过程。当出现降水时，同样进行溢流控制与计量。不论蒸发皿溢流时溢流桶水量是否达到额定值，溢流完毕均要自动记录溢流桶重量。

4、主要技术参数设计目标：

E601蒸发皿中，0.1毫米的水深，相当于30克水的重量。因此,补水桶称重器3和溢流筒称重器10精度达到10克即可满足0.1毫米的精度要求。

（1）补水量、溢流量测量分辨力：0.033mm；

（2）补水量、溢流量测量精度：±0.05mm；

（3）降雨量量测分辨力：0.1mm；

（4）蒸发量的测量精度：0.1mm;

（5）环境温度：0℃～+50℃。

5、日蒸发量计算方法：

该装置安装好后，初次运用的当日8时采用人工向蒸发皿注水，水位到达溢流孔底时停止注水，此后系统自动运行。设日补水量折算为蒸发皿水深为W1,日溢流量折算为蒸发皿水深为W2，日蒸发量为E,日降水量为P,均以毫米为单位，保留一位小数。降水自动监测在水文监测中是一个独立单元，技术成熟，精度符合要求，本系统只采用其监测结果。

当日没有发生降水时，蒸发量计算公式为：

E=W1-W2

当日出现降水时，蒸发量计算公式为：

E=P+W1-W2

本发明通过补水量、溢流量自动控制与精确计量，间接开展日蒸发量的计算，避免了接触式或非接触式自动测量蒸发皿内水位的缺陷，减少了中间环节，提高了装置的可靠性、稳定性和精度，

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种称重式水面蒸发测量方法，其特征是：通过称重器分别测量补水的重量和溢流水的重量，二者的重量差即为水的蒸发重量；由水的蒸发重量、水的密度和蒸发皿器口面积即可得出蒸发皿水面蒸发量。

2.根据权利要求1所述的称重式水面蒸发测量方法，其特征是：补水桶的水通过补水控制阀和水管进入进水器，进水器的水再通过水管进入蒸发皿的底部，进水器的高度高于蒸发皿，利用二者的高度差实现自动补水。

3.根据权利要求2所述的称重式水面蒸发测量方法，其特征是：在蒸发皿的溢流口设置净水器，避免水面波动时水从溢流孔溢出；另外在进水器和蒸发皿之间的水管上设置排气管。

4.根据权利要求1所述的称重式水面蒸发测量方法，其特征是：水管上设置的控制阀采用电磁阀，称重器采用电子秤，所有的电磁阀和称重器均分别与控制器连接，实现信号的采集、传输和显示。

5.根据权利要求1所述的称重式水面蒸发测量方法，其特征是：当出现降雨时，通过称重器分别测量补水的重量和溢流水的重量，并分别转化为蒸发皿水深，降雨量加补水量水深减去溢流量水深，即可得出蒸发皿水面蒸发量。

6.一种称重式水面蒸发测量装置，包括蒸发皿，其特征是：所述蒸发皿的一侧底部通过水管与进水器的下端连通，所述进水器的上端通过补水控制阀和水管与补水桶的下端连通，所述补水桶的上端通过进水控制阀和水管与水源连通，所述补水桶处设置有补水称重器，所述蒸发皿的另一侧上部设置有溢流口，所述溢流口通过溢流控制阀和水管与溢流桶连通，所述溢流桶的下端通过排水控制阀和水管与外界连通，所述溢流桶处设置有溢流称重器，所述进水控制阀、补水控制阀、溢流控制阀、排水控制阀、补水称重器和溢流称重器均分别与控制器连接。

7.根据权利要求6所述的称重式水面蒸发测量装置，其特征是：所述进水器的高度高于所述蒸发皿，利用二者的高度差实现自动补水，所述进水器和蒸发皿之间的水管上设置排气管。

8.根据权利要求6所述的称重式水面蒸发测量装置，其特征是：所述补水称重器和溢流称重器为压力式称重器，所述补水桶和溢流桶分别放置在所述补水称重器和溢流称重器上。

9.根据权利要求6所述的称重式水面蒸发测量装置，其特征是：所述补水称重器和溢流称重器为拉力式称重器，所述补水桶和溢流桶分别吊装在所述补水称重器和溢流称重器的下端。

10.根据权利要求6所述的称重式水面蒸发测量装置，其特征是：所述蒸发皿可以是各种器口面积的蒸发皿。