議連通管自動(dòng)遙測(cè)水面蒸發(fā)器的問題

王積強(qiáng) 邵 軍

(水利部南京水利水文自動(dòng)化研究所,南京 210012)

水面蒸發(fā)要消耗熱量,凝結(jié)要放出熱量,這兩個(gè)相反的過程都發(fā)生在水面上,水面上下左右都是水面蒸發(fā)的環(huán)境,環(huán)境的任何破壞和改變都對(duì)蒸發(fā)產(chǎn)生影響,水面蒸發(fā)器的器壁,只能隔斷水分的傳遞,隔不斷熱量的傳遞。較大湖泊的水體內(nèi),水平向熱量傳遞很小 (但湖流的發(fā)生增大水平向熱量傳導(dǎo)),短時(shí)間有限水域可假定只有垂直向熱傳導(dǎo),側(cè)壁隔熱的蒸發(fā)器可模擬。

蒸發(fā)天天消耗淡水,與降水的性質(zhì)不同,不可比較,所以引用蒸發(fā)時(shí),必須寫明蒸發(fā)的限定環(huán)境,如水面積、水深和口緣離地面的高度等。

遙測(cè)蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)者,為了保持蒸發(fā)桶的水面不受干擾,從蒸發(fā)桶下部引出一管與測(cè)井相連,認(rèn)定測(cè)井內(nèi)的水位變化與蒸發(fā)桶內(nèi)的水位變化同步,于是在測(cè)井上方布置很多測(cè)具,測(cè)水位變化,間接測(cè)蒸發(fā)桶內(nèi)水位變化。

測(cè)井內(nèi)水位變化,不但受蒸發(fā)桶內(nèi)蒸發(fā)影響(連通管),還受兩桶水溫變化的影響。如果兩桶水溫一樣,都加一個(gè)換算系數(shù),如果水溫不一樣,容易與蒸發(fā)混淆,分不清是由于蒸發(fā)影響,還是因兩桶水溫不同而產(chǎn)生的水位差,這就是連通管所產(chǎn)生的問題。因蒸發(fā)的分劃值為0.1mm,若兩桶水溫差影響兩桶水位差小于0.1mm可略之;若大于0.1mm,可認(rèn)為應(yīng)增加水溫觀測(cè)。

液態(tài)水3.8℃～4.3℃密度最大,向下和向上密度都減小,可算出60g/cm2的水柱高度:0℃時(shí)為600.096mm;3.8℃～4.3℃時(shí)為 600.017mm;10℃時(shí)為 600.181mm;50℃時(shí)為 607.269mm;100℃時(shí)為626.079mm。

3.8℃～4.3℃以上的水溫越高,溫差越大,水柱的高度差越大,都大于 0.1mm。如:10℃～15℃時(shí) 高 差 0.36mm;10℃ ～20℃時(shí) 高 差0.90mm;20℃～25℃時(shí)高差 0.70mm;20℃～30℃時(shí)高差1.54mm(表1、表2)。

表1 水溫與密度 (0℃～100℃)

表1 (續(xù))

表2 水溫與密度 (0℃～40℃)

若測(cè)井和蒸發(fā)桶水溫一樣,都修正一個(gè)數(shù)字,若不一樣,修正值也不一樣,給水面蒸發(fā)觀測(cè)增加了內(nèi)容,上述數(shù)據(jù)是假定垂線上水溫一樣算出來的,若垂線上存在溫度梯度 (上熱下冷或上冷下熱),還要測(cè)多點(diǎn),加權(quán)平均,雖然目前完全可以實(shí)現(xiàn),但增加了觀測(cè)成本,普及非常困難。

連通管是兩邊水柱重量不等的調(diào)節(jié)通道,要求在一定時(shí)間 (如1min)內(nèi)達(dá)到平衡,就需要試驗(yàn)管徑和長(zhǎng)度的限定,水流阻力大了,過水量小;水流阻力小了,平衡時(shí)間長(zhǎng),如1/10000g天平需空氣阻尼筒。

若測(cè)井內(nèi)上口封閉,水面蒸發(fā)量可忽略不計(jì),因蒸發(fā)桶內(nèi)水面蒸發(fā),使桶井內(nèi)水位下降,則蒸發(fā)量公式如下:

式中:E為水面蒸發(fā)量,mm;W為蒸發(fā)面積,cm2;V為測(cè)井面積,cm2;ΔH為水位降低值,mm;K為換算系數(shù)。

測(cè)井面積V越大,K值越大,如W=3000cm2,V=300cm2,K=1.1,即蒸發(fā)10mm的水,測(cè)井內(nèi)測(cè)到9.1mm,是一種縮小的測(cè)試工具。

總之,連通管的辦法,需增加水溫觀測(cè)內(nèi)容,測(cè)試精度比在蒸發(fā)桶內(nèi)直接測(cè)定的精度降低K-1。建議不要采用。