基于氣象水文蒸發(fā)測量原理的水位溫度矯正裝置設(shè)計

黃松嶺

（新疆維吾爾自治區(qū)烏魯木齊水文勘測局，新疆 烏魯木齊 830000）

隨著工業(yè)發(fā)展的不斷進步，人們對工業(yè)生產(chǎn)的要求也越來越嚴(yán)格，對于工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中水位溫度的影響必須采取嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。以新疆為例，結(jié)合新疆的基本地理情況以及水體溫度檢測模式進行研究，從而確定氣象水文蒸發(fā)原理在水位溫度測量上的應(yīng)用。

1 水位溫度矯正裝置

新疆目前存在的水體溫度檢測裝置[1]，一般有兩種類型：第一種是Z型水位溫度矯正測量儀。Z型水位溫度矯正裝置的原理是對水體在蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的水蒸氣的溫度進行測量，從而確定水位溫度差值。其準(zhǔn)確率為1 mm，但遠(yuǎn)程控制不達標(biāo)，需要經(jīng)常進行人工干預(yù)；第二種是磁致伸縮型水位溫度修正儀。磁致伸縮型水位溫度矯正設(shè)備的原理是利用設(shè)備中的傳感器對水體高度進行測量，并利用其電路工作對水位進行控制，再結(jié)合水體蒸發(fā)量確定水位溫度，準(zhǔn)確率為0.5 mm。但該裝置需要人工加水，對天氣的防范能力較差，且無遠(yuǎn)程監(jiān)控功能。圖1為利用氣象水文蒸發(fā)測量原理設(shè)計的水位溫度矯正裝置系統(tǒng)原理。

圖1 水位溫度矯正裝置原理

2 基于氣象水文蒸發(fā)測量原理的水位溫度矯正裝置設(shè)計

2.1 水位溫度檢測設(shè)計

根據(jù)新疆的高原作用與水分熱力學(xué)蒸發(fā)等情況對水位進行分析，利用水位蒸發(fā)與凝結(jié)現(xiàn)象有效的測出水位溫度[2]。以較為簡單的氣象水文蒸發(fā)測量系統(tǒng)為研究對象，分析水位溫度的微觀結(jié)構(gòu)特征和系統(tǒng)界面的熱力學(xué)性質(zhì)，在水位升高降低過程中對水體溫度進行測量，通過相關(guān)設(shè)備仔細(xì)觀察水體中的粒子，實現(xiàn)對水位溫度的檢測，在這部分工作中不但可以對水體溫度進行測量，對水位的高低也能做出良好評價，因此利用氣象水文蒸發(fā)測量系統(tǒng)進行水位溫度矯正非常關(guān)鍵。氣象水文測量自適應(yīng)控制理論結(jié)合了現(xiàn)代控制理論和經(jīng)典控制理論的優(yōu)點[3]，在控制器參數(shù)的選取得當(dāng)?shù)臈l件下，系統(tǒng)始終是收斂的，具有良好的穩(wěn)定性。

2.2 測量系統(tǒng)界面設(shè)計

對新疆某地區(qū)的水位溫度檢測不僅要對溫度數(shù)據(jù)變化測量方法進行創(chuàng)新，還要跳出傳統(tǒng)思維水位溫度檢測方式，尋找一種設(shè)備消耗低、在線計算方便、綜合測量水位溫度效果好的新的控制理論和方法，采用氣象水文測量方法對水位溫度測量過程進行系統(tǒng)界面設(shè)計恰好滿足上述要求。水位溫度監(jiān)控與監(jiān)測對工業(yè)生產(chǎn)發(fā)展來說非常關(guān)鍵，而影響水位溫度的主要因素是新疆的氣候情況，新疆氣候干燥少有降水，在影響水位溫度的同時，對水位高度也造成一定影響。

在水位溫度測量過程中，利用氣象水文蒸發(fā)測量系統(tǒng)測出的溫度變化值由矩陣A表示：

其中A1，A2，…，Am是構(gòu)成矩陣的子矩陣，表示組成項目的m個“任務(wù)”。

Am1，Am2，…，Amn分別對應(yīng)“子任務(wù)”或完成“任務(wù) m”需要開展的n項“活動”。如果Amn是矩陣，則Amn可以向下繼續(xù)分解表達，直至不可分解。此時，氣象水文蒸發(fā)測量系統(tǒng)的原理可以表示為：

其中Amn=表示“子任務(wù)”，即Amn進一步分解后的具體“活動”。

將已經(jīng)測量的水位溫度帶入式中進行計算，進一步獲取水位溫度數(shù)據(jù)，為水位溫度矯正打好基礎(chǔ)。通過以上測量計算方式能夠更加形象地將水位溫度變化在新設(shè)計的系統(tǒng)界面中表現(xiàn)出來。

3 實驗論證分析

為了更好地對比出傳統(tǒng)水位溫度矯正裝置和利用氣象水文蒸發(fā)測量原理進行水位溫度測量工作的好壞，分別對河流A和河流B采取兩種裝置進行水位溫度測量結(jié)果比較，實驗以河流下預(yù)埋的水生物變化情況為研究指標(biāo)：河流A和河流B水位溫度的變化和水位的高低程度都會影響水生物的生長，所以可以通過兩條河流水生物的存活率對兩條河流水位溫度進行測評。實驗采用將數(shù)量相同的水生物分別投入到兩條河流當(dāng)中，并利用兩種不同裝置對水位溫度進行監(jiān)測，通過記錄、分析水生物密度的變化趨勢判斷利用氣象水文蒸發(fā)測量系統(tǒng)原理在水位溫度測量中的優(yōu)劣。實驗數(shù)據(jù)見表1。

表1 水位溫度變化表

從表1整理的數(shù)據(jù)可以看出，在其他變量都相同的條件下進行水生物密度取樣時，水位溫度變化情況就代表著該河流是否適合生物生存繁衍，當(dāng)水生物的存活密度大于1或位于0附近，水生物的密度值會出現(xiàn)升高的現(xiàn)象；水生物的密度含量在0～1之間時，水生物的密度值減少。由此可知，水位溫度控制著水生物的生存與繁衍。為了更加直觀的分析水位溫度對河流水生物的影響，將表1數(shù)據(jù)繪制成如圖2的曲線圖。

圖2 水生物存活量對比圖

從圖2曲線可以看出，針對同一條河流，采用傳統(tǒng)裝置控制水位溫度變化沒有利用氣象水文蒸發(fā)原理進行水位溫度測量的變化明顯，說明利用氣象水文蒸發(fā)測量原理對水位溫度測量工作具有重大意義。

4 結(jié)語

社會的不斷發(fā)展促使著各項高科技層出不窮，越來越多利用氣象水文蒸發(fā)測量系統(tǒng)原理的水位溫度矯正裝置被相繼采用，但這還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前水位溫度測量工作的需要。相對傳統(tǒng)的人工水位測量來講，利用氣象水文蒸發(fā)測量原理對水位溫度矯正裝置進行創(chuàng)新可以減少工作量，提高水位溫度測量的精準(zhǔn)性，這對于與新疆地質(zhì)條件相類似的地區(qū)來講無疑是一項具有重大意義的舉措。