CN110824584A - 主动排水法自动监测水面蒸发量的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种主动排水法自动监测水面蒸发量的计算方法，在标准蒸发器或E601B蒸发器一侧设置一旁侧水桶，在适当高度采用连通管与标准蒸发器连通。利用E=（V1‑V2）/Φ‑ V2/F以及Z2=Z1‑E‑V2/F，其中，Φ、F为常数，Z10为蒸发器初始水位常数，此后将当日的 Z2赋值于Z10作为当日初始水位，通过旁侧水桶及其配套的自动监测装置可以获得前一日8时和后一日8时的V1、V2，从而可以计算前一日日蒸发量以及当日初始水位。本发明首次提出利用旁侧水桶和配套的称重装置自动监测蒸发量计算的原理和方法，实现了计算方法的创新，为进一步利用该方法实现水面蒸发自动监测提供了重要的基础理论和方法支撑。
Description
技术领域：
本发明涉及一种水文监测技术，特别是涉及一种主动排水法自动监测水面蒸发量的计算方法。
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降低较多时，要向蒸发器内补水，补水至适当位置，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。
目前，水文、气象行业水面蒸发测量仍停留在人工监测状态，效率低，与水文气象现代化需求不相适应。解决水面蒸发的关键技术在于精确监测蒸发器水位的变化，监测蒸发器水位的变化难点在于水位的监测精度要求达到0.1毫米。尽管目前磁致位移、光栅、红外、容栅、雷达等类型的位移传感器理论精度非常高，但是应用于水位变化测量时，由于水体物理特性和环境的影响，在目前条件下都是无法满足测量精度要求，因此现有自动蒸发系统基本处于实验探索阶段，无法在生产实际中得到推广应用。
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，提供一种原理明确、方法简单、逻辑严密且科学合理的主动排水法自动监测水面蒸发量的计算方法。
本发明的技术方案是：
一种主动排水法自动监测水面蒸发量的计算方法，在标准蒸发器或E601B蒸发器一侧设置一个旁侧水桶，二者下部通过连通管连通，连通管上设置有连通电磁阀，则蒸发器水位Z和旁侧水桶中水的体积V存在如下函数关系：
V=f(Z) …………………………………（1）
则V=(Z0-Z)F…………………………………（2）
其中，Z0为旁侧水桶充水之前蒸发器水位，F为蒸发器内横截面积；
在t1时刻
V1=(Z10-Z1)F…………………………………（3）
其中，V1为t1时刻旁侧水桶中水的体积，Z10为t1时刻旁侧水桶充水之前蒸发器水位，Z1为旁侧水桶和蒸发器水位达到一致的t1时刻蒸发器水位；
在t2时刻
V2=(Z20-Z2)F…………………………………（4）
其中，V2为t2时刻旁侧水桶中水的体积，Z20为t2时刻旁侧水桶充水之前蒸发器水位，Z2为旁侧水桶和蒸发器水位达到一致的t2时刻蒸发器水位；
Z1-Z2=（V1-V2）/Φ…………………………………（5）
其中，Φ为旁侧水桶内横截面积；
E= Z1-Z20…………………………………（6）
其中，E为t1至t2时刻之时段内蒸发器的水面蒸发量；
由（3）、（4）、（5）、（6）式可得
E=（V1-V2）/Φ- V2/F………………………（7）
Z2=Z1-E-V2/F…………………………………（8）
其中，Φ、F为常数，Z10为蒸发器初始水位常数，此后将当日的 Z2赋值于Z10作为当日初始水位，通过旁侧水桶及其配套的自动监测装置可以获得前一日8时和后一日8时的V1、V2，从而可以计算前一日日蒸发量以及当日初始水位。
式（7）的推导过程：
由式（3）-式（4）可得：
V1/F- V2/F= Z10-Z1- Z20+Z2
将（3）、（5）、（6）式带入上式可得：
E=（V1-V2）/Φ- V2/F。
在旁侧水桶的下方设置称重水桶，旁侧水桶的出水管伸入到称重水桶中且二者不接触，在出水管上设置出水电磁阀，称重水桶放置在称重传感器上，能够称量出称重水桶的重量，打开出水电磁阀，旁侧水桶内的水排入称重水桶，再次称量，得到的重量减去称重水桶的重量就是水的重量，然后根据水的密度可以算出水的体积V。
在称重水桶和旁侧水桶的外面设置保护筒，在称重水桶的下端设置排水管，排水管上设置排水阀门，排水阀门打开时，称重水桶中的水能够排出。
本发明的有益效果是：
1、本发明首次提出利用旁侧水桶和配套的称重装置自动监测蒸发量计算的原理和方法，实现了计算方法的创新，为进一步利用该方法实现水面蒸发自动监测提供了重要的基础理论和方法支撑。
2、本发明计算方法辅以旁侧水桶、计量装置以及自动补水装置，通过主动排水法，可以实现水面蒸发量自动监测，为蒸发资料自动处理、整编和共享提供便利。
3、本发明能够实现水面蒸发量观测的自动化，大大减少人工干预，提高工作效率，避免人工造成的错误与误差。
4、本发明创立了相应装置条件下的一套蒸发计算的新方法，原理明确，方法简单，逻辑严密，科学合理，将在今后自动蒸发监测成套设备研制及推广中发挥重要作用，实用性强，具有较高的经济效益和社会效益。
附图说明：
图1为主动排水法自动监测水面蒸发量的装置结构图。
具体实施方式：
图中，1-蒸发器，2-保护筒，3-旁侧水桶，4-连通管，5-旁侧水桶支腿，6-基座，7-连通管电磁阀，8-出水管电磁阀，9-称重水桶，10-排水电磁阀，11-称重传感器，12-称重水桶支腿，13-固定螺栓。
在E601B蒸发器1旁侧设置一保护筒2，在保护筒2内设置一直径为200mm旁侧水桶3，旁侧水桶3下部通过连通管4与蒸发器1连通，旁侧水桶3设有支腿5，支腿5固定在基座6上，保护筒2安装在基座6上；在连通管4上设置电磁阀7，旁侧水桶3上部为圆柱形，下部为漏斗，漏斗出水管上安装电磁阀8；在出水管下设置称重水桶9，出水管深入称重水桶9内部且与称重水桶9不接触；称重水桶9上部为圆柱形，下部为漏斗，漏斗排水管设有电磁阀10；称重水桶9设置支腿12，支腿12安装在称重传感器11上，称重传感器11安装在基座6上。
蒸发器水位Z和旁侧水桶中水的体积存在如下函数关系：
V=f(Z) …………………………………（1）
则V=(Z0-Z)F…………………………………（2）
其中，Z0为旁侧水桶充水之前蒸发器水位，F为蒸发器内横截面积。
在t1时刻
V1=(Z10-Z1)F…………………………………（3）
其中，V1为t1时刻旁侧水桶中水的体积，Z10为t1时刻旁侧水桶充水之前蒸发器水位，Z1为旁侧水桶和蒸发器水位达到一致的t1时刻蒸发器水位。
在t2时刻
V2=(Z20-Z2)F…………………………………（4）
其中，V2为t2时刻旁侧水桶中水的体积，Z20为t2时刻旁侧水桶充水之前蒸发器水位，Z2为旁侧水桶和蒸发器水位达到一致的t2时刻蒸发器水位。
Z1-Z2=（V1-V2）/Φ…………………………………（5）
其中，Φ为旁侧水桶内横截面积。
E= Z1-Z20…………………………………（6）
其中，E为t1至t2时刻之时段内蒸发器的水面蒸发量。
由（3）、（4）、（5）、（6）式可得
E=（V1-V2）/Φ- V2/F………………………（7）
Z2=Z1-E-V2/F…………………………………（8）
其中，Φ、F为常数，Z10为蒸发器初始水位常数，此后将当日的 Z2赋值于Z10作为当日初始水位，通过旁侧水桶及其配套的自动监测装置可以获得前一日8时和后一日8时的V1、V2，从而可以计算前一日日蒸发量以及当日初始水位。
式（7）的推导过程：
由式（3）-式（4）可得
V1/F- V2/F= Z10-Z1- Z20+Z2
将（3）、（5）、（6）式带入上式可得
E=（V1-V2）/Φ- V2/F。
1、在初次运行当日，蒸发器初始水位常数Z10的获取，当日8时前，蒸发器和旁侧水桶电磁阀处于关闭状态，向蒸发器注水，大约至蒸发器上沿以下100mm高度为止，假定此时蒸发器水位为280mm，作为蒸发器当日的初始水位。然后打开连通管电磁阀7，使蒸发器水位和旁侧水桶水位达到一致，此时水位为Z10；对称重水桶称重，得到称重水桶的重量，打开旁侧水桶出水管电磁阀8，使旁侧水桶中的水全部进入称重水桶，此后关闭旁侧水桶出水管电磁阀，对称重水桶再次称重，得到的重量减去称重水桶的重量就是水的重量，然后根据水的密度就可以算出水的体积V。
由式（7）可知，日蒸发量的自动监测与水位无关，监测计算水位主要是判断何时向蒸发器补水。
2、日蒸发量监测是指前一日8时至后一日8时之间的蒸发量，在后一日8时，自动打开连通管电磁阀，使蒸发器水位和旁侧水桶水位达到一致，关闭该电磁阀。然后对称重水桶称重，打开旁侧水桶出水管电磁阀，使旁侧水桶中的水全部进入称重水桶，此后关闭旁侧水桶出水管电磁阀，对称重水桶再次称重，计算水的体积，并计算蒸发器水位Z2，作为当日蒸发器初始水位；打开称重水桶电磁阀，将称重水桶中的水排掉，然后关闭电磁阀。
3、拟定当Z2≦180mm时，启动自动补水装置向蒸发器补水，按照补水量计算蒸发器水位，当蒸发器水位达到280mm时，以补水后的水位作为补水当日初始水位。
4、在出现降雨时，需要根据时段累计将雨量大小计算蒸发器水位，判断是否需要主动排水。
5、自动补水装置在其他专利中已经解决，此处不再概述。
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 (4)
1.一种主动排水法自动监测水面蒸发量的计算方法，其特征是：在标准蒸发器或E601B蒸发器一侧设置一个旁侧水桶，二者下部通过连通管连通，连通管上设置有连通电磁阀，则蒸发器水位Z和旁侧水桶中水的体积V存在如下函数关系：
V=f(Z) …………………………………（1）
则V=(Z0-Z)F…………………………………（2）
其中，Z0为旁侧水桶充水之前蒸发器水位，F为蒸发器内横截面积；
在t1时刻
V1=(Z10-Z1)F…………………………………（3）
其中，V1为t1时刻旁侧水桶中水的体积，Z10为t1时刻旁侧水桶充水之前蒸发器水位，Z1为旁侧水桶和蒸发器水位达到一致的t1时刻蒸发器水位；
在t2时刻
V2=(Z20-Z2)F…………………………………（4）
其中，V2为t2时刻旁侧水桶中水的体积，Z20为t2时刻旁侧水桶充水之前蒸发器水位，Z2为旁侧水桶和蒸发器水位达到一致的t2时刻蒸发器水位；
Z1-Z2=（V1-V2）/Φ…………………………………（5）
其中，Φ为旁侧水桶内横截面积；
E= Z1-Z20 …………………………………（6）
其中，E为t1至t2 时刻之时段内蒸发器的水面蒸发量；
由（3）、（4）、（5）、（6）式可得
E=（V1-V2）/Φ- V2/F………………………（7）
Z2=Z1-E-V2/F…………………………………（8）
其中，Φ、F为常数，Z10为蒸发器初始水位常数，此后将当日的 Z2赋值于Z10作为当日初始水位，通过旁侧水桶及其配套的自动监测装置可以获得前一日8时和后一日8时的V1、V2 ，从而可以计算前一日日蒸发量以及当日初始水位。
2.根据权利要求1所述的主动排水法自动监测水面蒸发量的计算方法，其特征是：式（7）的推导过程：
由式（3）-式（4）可得：
V1/F- V2/F= Z10-Z1- Z20+Z2
将（3）、（5）、（6）式带入上式可得：
E=（V1-V2）/Φ- V2/F。
3.根据权利要求1所述的主动排水法自动监测水面蒸发量的计算方法，其特征是：在旁侧水桶的下方设置称重水桶，旁侧水桶的出水管伸入到称重水桶中且二者不接触，在出水管上设置出水电磁阀，称重水桶放置在称重传感器上，能够称量出称重水桶的重量，打开出水电磁阀，旁侧水桶内的水排入称重水桶，再次称量，得到的重量减去称重水桶的重量就是水的重量，然后根据水的密度可以算出水的体积V。
4.根据权利要求3所述的主动排水法自动监测水面蒸发量的计算方法，其特征是：在称重水桶和旁侧水桶的外面设置保护筒，在称重水桶的下端设置排水管，排水管上设置排水阀门，排水阀门打开时，称重水桶中的水能够排出。
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| CN208026885U (zh) * | 2018-04-20 | 2018-10-30 | 付金乐 | 半自动水面蒸发测量装置 |
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