CN108363118A - 半自动水面蒸发测量方法及装置 - Google Patents

半自动水面蒸发测量方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种半自动水面蒸发测量方法及装置，其蒸发器上设置有溢流孔，所述溢流孔与溢流桶连通，所述蒸发器的一侧下部通过连通管与测量桶的下部连通，二者形成连通器，所述测量桶的外部设置一个保护外壳，所述测量桶的下端设置称重器，每天早上称重一次，相邻两次重量差即是一天内测量桶内蒸发的水的重量，所述称重器与控制器连接；或者所述测量桶内设置磁致伸缩位移传感器，每天早上检测高度一次，相邻两次高度差即是一天内测量桶内蒸发的水的高度，所述磁致伸缩位移传感器与控制器连接。本发明能够实现水面蒸发量自动采集、传递，大大减少人工干预，既提高了工作效率，又避免人工造成的错误与误差。

Description

半自动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，特别是涉及一种半自动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，标准水面蒸发器（即E601B蒸发器）作为水面蒸发观测常规器具。标准水面蒸发器器口面积为3000cm2, 直径约为618mm,高687mm。由蒸发器、水圈、量测装置、溢流筒组成。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：一是当蒸发器内水位接近蒸发器内水位标志线100mm时，要向蒸发器内补水，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器内水位，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，通过测针量测蒸发器内水位，通过量筒量测蒸发器溢流孔的溢流水量，计算日蒸发量，做好记录。其中补水量、蒸发器水位、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，蒸发器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，效率低，与水文气象现代化需求不相适应。目前国家基本水文站多数都有蒸发观测项目，按照水文站的管理体制，现在和将来国家基本水文站多是有人值守的，或者实行定期巡测机制。因此开发一套既适应水文站管理体制和机制的，又尽量减少人工干预的自动蒸发系统是十分必要的。
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、能够自动计量且成本较低的半自动水面蒸发测量方法及装置。
本发明的技术方案是：
一种半自动水面蒸发测量方法，在蒸发器的旁边设置一个测量桶，蒸发器的下部通过连通管与测量桶的下部连通，使测量桶的水面与蒸发器的水面时刻处于平齐状态，在测量桶的外部设置一个保护外壳，在测量桶的下端设置称重器，每天早上称重一次，相邻两次重量差即是一天内测量桶内蒸发的水的重量，称重结果输入控制器，再由水的重量和密度以及测量桶和蒸发器的直径，能够换算出蒸发器的水面蒸发的深度，进而完成水面蒸发量的测量；或者在测量桶内设置磁致伸缩位移传感器，每天早上检测高度一次，相邻两次高度差即是一天内测量桶内蒸发的水的高度，检测高度输入控制器，再由水的高度以及测量桶和蒸发器的直径，换算出蒸发器的水面蒸发的深度，完成水面蒸发量的测量。
采用磁致伸缩位移传感器检测测量桶的水面高度时，设蒸发器200mm水位标志线处水位为0，水位变量为Hmm,前一日水位为H1；后一日水位为H2；日蒸发量为E,日降水量为P,溢流量转化为蒸发器水深为WY，E、P和WY单位均为毫米，保留一位小数，测量桶内径横截面积为Fcm2，磁致伸缩位移传感器横截面积是f cm2，蒸发器的内径横截面积为3000 cm2，
(1)当日没有发生降水时，蒸发量计算公式为：
E=H1-H2+（H1-H2）(F-f)/3000，
即，E=[1+ (F-f)/3000]( H1-H2)，
(2)当日出现降水但无溢流时，蒸发量计算公式为：
E=[1+ (F-f)/3000]( H1-H2)+P，
(3)当日出现溢流时，蒸发量计算公式为：
E=[1+ (F-f)/3000]( H1-H2)+P–WY。
采用量高时，测量桶的直径为100mm，密封但上端设排气孔，连通管应设置在蒸发器溢流孔下400mm处；连通管采用6分水管，管长不超过80cm,避免水的粘滞性对测验精度造成影响。
采用称重器称重测量桶时，设蒸发器200mm水位标志线处水位为0，水位变量为Hmm, 蒸发器的内径横截面积为3000 cm2，称重器重量变量为W，那么称重量W和蒸发器中的水位H是线性函数关系,即：
W=31.415926H ，
H=W/31.415926，
设前一日称重重量为W1克,水位为H1；后一日称重重量为W2克，水位为H2；日蒸发量为E,日降水量为P,溢流量转化为蒸发器水深为WY，E、P和WY单位均为毫米，保留一位小数，
(1)当日没有发生降水时，蒸发量计算公式为：
E=H1-H2+（W1-W2）/300，
E=（W1-W2）/31.415926+（W1-W2）/300，
E=0.03516（W1-W2），
(2)当日出现降水但无溢流时，蒸发量计算公式为：
E=0.03516（W1-W2）+P，
(3)当日出现溢流时，蒸发量计算公式为：
E=0.03516（W1-W2）+P-WY。
采用称重时，测量桶直径为200mm，密封但上端设排气孔，连通管应设置在蒸发器溢流孔下230mm处；连通管一端采用橡皮软管，使先后两次称重时连通管对称重的影响是相同的,并且在软管外套装保护管套。
在保护外壳壁设保温隔热层，避免测量桶中水分蒸发，同时避免降雨影响；在蒸发器溢流孔下100mm、200mm处分别设置水位标志线,230mm处设置一排水阀；当H≥200mm时，出现溢流,控制器向值守人员发出提醒信息;当H<200mm时，不溢流；当H≤10mm时，控制器向值守人员发出补水提醒信息，当H≥170mm时，控制器向值守人员发出排水提醒信息，进行排水。
一种半自动水面蒸发测量装置，包括蒸发器，所述蒸发器上设置有溢流孔，所述溢流孔与溢流桶连通，所述蒸发器的一侧下部通过连通管与测量桶的下部连通，二者形成连通器，所述测量桶的外部设置一个保护外壳，所述测量桶的下端设置称重器，每天早上称重一次，相邻两次重量差即是一天内测量桶内蒸发的水的重量，所述称重器与控制器连接；或者所述测量桶内设置磁致伸缩位移传感器，每天早上检测高度一次，相邻两次高度差即是一天内测量桶内蒸发的水的高度，所述磁致伸缩位移传感器与控制器连接，所述控制器通过有线传输或无线传输分别与上位机或通信终端连接。
所述保护外壳壁设保温隔热层，避免测量桶中水分蒸发，同时避免降雨影响；所述蒸发器溢流孔下100mm、200mm处分别设置水位标志线,230mm处设置一排水阀。
采用称重时，所述测量桶直径为200mm，密封但上端设排气孔，所述连通管设置在所述蒸发器溢流孔下230mm处；所述连通管一端采用橡皮软管，使先后两次称重时连通管对称重的影响是相同的,并且在所述软管外套装保护管套。
采用量高时，所述测量桶的直径为100mm，密封但上端设排气孔，所述连通管应设置在蒸发器溢流孔下400mm处；所述连通管采用6分水管，管长不超过80cm,避免水的粘滞性对测验精度造成影响。
本发明的有益效果是：
1、本发明满足《水面蒸发观测规范》（SL 630-2013）的要求，并且能够实现水面蒸发量自动采集、传递，为蒸发资料自动处理、整编和共享提供便利，大大减少人工干预，既提高了工作效率，又避免人工造成的错误与误差。
2、本发明连通管一端采用橡皮软管，使先后两次称重时连通管对称重的影响是相同的, 有效避免称重时联通管的影响，另外，在软管外套装保护管套，延长软管的使用寿命。
3、本发明在测量桶的外部设置一保护外壳，保护外壳壁设保温隔热层，避免测量桶中水分蒸发，同时避免降雨影响，提高测量精度。
4、本发明采用全新的理论，通过测量桶两次的差值来体现水的蒸发量，减少了中间环节，提高了自动监测的可靠性、稳定性和精度；另外，测量桶为封闭结构且顶部设置排气孔，防止内部压力影响测量精度。
5、本发明器件简单，对环境要求低，便于运行维护，实用性强，价格低廉，便于推广，实用性强，具有较高的经济效益和社会效益。
附图说明：
图1为半自动水面蒸发测量装置的结构示意图之一；
图2为半自动水面蒸发测量装置的结构示意图之二。
具体实施方式：
实施例一：参见图1，图中，1-溢流孔，2-溢流桶，3-蒸发器，4-水位标志线，5-保护外壳，6-测量桶，7-磁致伸缩位移传感器,8-固定螺栓，9-连通管,10-排气孔。
半自动水面蒸发测量装置，包括蒸发器3，其中：蒸发器3上设置有溢流孔1，溢流孔1与溢流桶2连通，蒸发器3的一侧下部通过连通管9与测量桶6的下部连通，二者形成连通器，测量桶6的外部设置一个保护外壳5，测量桶6内设置磁致伸缩位移传感器7，每天早上检测高度一次，相邻两次高度差即是一天内测量桶6内蒸发的水的高度，磁致伸缩位移传感器7与控制器连接，控制器通过有线传输或无线传输分别与上位机或通信终端连接。蒸发器3的溢流孔1的下方100mm、200mm处分别设置水位标志线4。蒸发器3横截面面积为3000 cm2。
该装置安装好后，初次运用的当日8时采用人工向蒸发器注水，水位到达溢流孔1底下100mm标志线时停止注水，此后系统自动运行。设蒸发器200mm水位标志线处水位为0，水位变量为Hmm,前一日8：00水位为H1；后一日8：00水位为H2；日蒸发量为E,日降水量为P,溢流量转化为蒸发器水深为WY，E、P和WY单位均为毫米，保留一位小数。测量桶的直径是可以变化的，设内径横截面积为F cm2，磁致伸缩位移传感器7横截面积是f cm2。
(1)当日没有发生降水时，蒸发量计算公式为：
E=H1-H2+（H1-H2）(F-f)/3000，
即，E=[1+ (F-f)/3000]( H1-H2)，
(2)当日出现降水但无溢流时，
E=[1+ (F-f)/3000]( H1-H2)+P，
(3)当日出现溢流时，
E=[1+ (F-f)/3000]( H1-H2)+P–WY。
蒸发器3溢流和补水判断方法：
当日8：00，当H≥200mm时，出现溢流,控制器向值守人员发出提醒信息;当H<200mm时，不溢流。当H≤10mm时，控制器向值守人员发出补水提醒信息。当H≥170mm时，控制器向值守人员发出排水提醒信息。
实施例二：参见图2，图中编号与实施例一相同的，代表的意义相同，相同之处不重述，不同之处在于：测量桶6的下端设置称重器11，每天早上称重一次，相邻两次重量差即是一天内测量桶6内蒸发的水的重量，称重器11与控制器连接。
该装置安装好后，初次运用的当日8时采用人工向蒸发器注水，水位到达溢流孔底下100mm标志线时停止注水，此后系统自动运行。设蒸发器200mm水位标志线处水位为0，水位变量为Hmm,称重器重量变量为W，那么称重量W和蒸发器中的水位H是线性函数关系,即：
W=31.415926H ，
H=W/31.415926，
设前一日8：00称重重量为W1克,水位为H1；后一日8：00称重重量为W2克，水位为H2；日蒸发量为E,日降水量为P,溢流量转化为蒸发器水深为WY，E、P和WY单位均为毫米，保留一位小数。
(1)当日没有发生降水时，蒸发量计算公式为：
E=H1-H2+（W1-W2）/300，
E=（W1-W2）/31.415926+（W1-W2）/300，
E=0.03516（W1-W2），
(2)当日出现降水但无溢流时，
E=0.03516（W1-W2）+P，
(3)当日出现溢流时，
E=0.03516（W1-W2）+P-WY。
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)

1.一种半自动水面蒸发测量方法，其特征是：在蒸发器的旁边设置一个测量桶，蒸发器的下部通过连通管与测量桶的下部连通，使测量桶的水面与蒸发器的水面时刻处于平齐状态，在测量桶的外部设置一个保护外壳，在测量桶的下端设置称重器，每天早上称重一次，相邻两次重量差即是一天内测量桶内蒸发的水的重量，称重结果输入控制器，再由水的重量和密度以及测量桶和蒸发器的直径，能够换算出蒸发器的水面蒸发的深度，进而完成水面蒸发量的测量；或者在测量桶内设置磁致伸缩位移传感器，每天早上检测高度一次，相邻两次高度差即是一天内测量桶内蒸发的水的高度，检测高度输入控制器，再由水的高度以及测量桶和蒸发器的直径，换算出蒸发器的水面蒸发的深度，完成水面蒸发量的测量。
2.根据权利要求1所述的半自动水面蒸发测量方法，其特征是：采用磁致伸缩位移传感器检测测量桶的水面高度时，设蒸发器200mm水位标志线处水位为0，水位变量为Hmm,前一日水位为H1；后一日水位为H2；日蒸发量为E,日降水量为P,溢流量转化为蒸发器水深为WY，E、P和WY单位均为毫米，保留一位小数，测量桶内径横截面积为Fcm2，磁致伸缩位移传感器横截面积是f cm2，蒸发器的内径横截面积为3000 cm2，
(1)当日没有发生降水时，蒸发量计算公式为：
E=H1-H2+（H1-H2）(F-f)/3000，
即，E=[1+ (F-f)/3000]( H1-H2)，
(2)当日出现降水但无溢流时，蒸发量计算公式为：
E=[1+ (F-f)/3000]( H1-H2)+P，
(3)当日出现溢流时，蒸发量计算公式为：
E=[1+ (F-f)/3000]( H1-H2)+P–WY。
3.根据权利要求2所述的半自动水面蒸发测量方法，其特征是：采用量高时，测量桶的直径为100mm，密封但上端设排气孔，连通管应设置在蒸发器溢流孔下400mm处；连通管采用6分水管，管长不超过80cm,避免水的粘滞性对测验精度造成影响。
4.根据权利要求1所述的半自动水面蒸发测量方法，其特征是：采用称重器称重测量桶时，设蒸发器200mm水位标志线处水位为0，水位变量为Hmm, 蒸发器的内径横截面积为3000cm2，称重器重量变量为W，那么称重量W和蒸发器中的水位H是线性函数关系,即：
W=31.415926H ，
H=W/31.415926，
设前一日称重重量为W1克,水位为H1；后一日称重重量为W2克，水位为H2；日蒸发量为E,日降水量为P,溢流量转化为蒸发器水深为WY，E、P和WY单位均为毫米，保留一位小数，
(1)当日没有发生降水时，蒸发量计算公式为：
E=H1-H2+（W1-W2）/300，
E=（W1-W2）/31.415926+（W1-W2）/300，
E=0.03516（W1-W2），
(2)当日出现降水但无溢流时，蒸发量计算公式为：
E=0.03516（W1-W2）+P，
(3)当日出现溢流时，蒸发量计算公式为：
E=0.03516（W1-W2）+P-WY。
5.根据权利要求4所述的半自动水面蒸发测量方法，其特征是：采用称重时，测量桶直径为200mm，密封但上端设排气孔，连通管应设置在蒸发器溢流孔下230mm处；连通管一端采用橡皮软管，使先后两次称重时连通管对称重的影响是相同的,并且在软管外套装保护管套。
6.根据权利要求2-5任一所述的半自动水面蒸发测量方法，其特征是：在保护外壳壁设保温隔热层，避免测量桶中水分蒸发，同时避免降雨影响；在蒸发器溢流孔下100mm、200mm处分别设置水位标志线,230mm处设置一排水阀；当H≥200mm时，出现溢流,控制器向值守人员发出提醒信息;当H<200mm时，不溢流；当H≤10mm时，控制器向值守人员发出补水提醒信息，当H≥170mm时，控制器向值守人员发出排水提醒信息。
7.一种半自动水面蒸发测量装置，包括蒸发器，其特征是：所述蒸发器上设置有溢流孔，所述溢流孔与溢流桶连通，所述蒸发器的一侧下部通过连通管与测量桶的下部连通，二者形成连通器，所述测量桶的外部设置一个保护外壳，所述测量桶的下端设置称重器，每天早上称重一次，相邻两次重量差即是一天内测量桶内蒸发的水的重量，所述称重器与控制器连接；或者所述测量桶内设置磁致伸缩位移传感器，每天早上检测高度一次，相邻两次高度差即是一天内测量桶内蒸发的水的高度，所述磁致伸缩位移传感器与控制器连接，所述控制器通过有线传输或无线传输分别与上位机或通信终端连接。
8.根据权利要求7所述的半自动水面蒸发测量装置，其特征是：所述保护外壳壁设保温隔热层，避免测量桶中水分蒸发，同时避免降雨影响；所述蒸发器溢流孔下100mm、200mm处分别设置水位标志线,230mm处设置一排水阀。
9.根据权利要求7所述的半自动水面蒸发测量装置，其特征是：采用称重时，所述测量桶直径为200mm，密封但上端设排气孔，所述连通管设置在所述蒸发器溢流孔下230mm处；所述连通管一端采用橡皮软管，使先后两次称重时连通管对称重的影响是相同的,并且在所述软管外套装保护管套。
10.根据权利要求7所述的半自动水面蒸发测量装置，其特征是：采用量高时，所述测量桶的直径为100mm，密封但上端设排气孔，所述连通管应设置在蒸发器溢流孔下400mm处；所述连通管采用6分水管，管长不超过80cm,避免水的粘滞性对测验精度造成影响。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109443478A (zh) * 2018-11-19 2019-03-08 付金乐 水面蒸发测量用蒸发器的新型溢流方法及装置

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