议连通管自动遥测水面蒸发器的问题

王积强 邵 军

(水利部南京水利水文自动化研究所,南京 210012)

水面蒸发要消耗热量,凝结要放出热量,这两个相反的过程都发生在水面上,水面上下左右都是水面蒸发的环境,环境的任何破坏和改变都对蒸发产生影响,水面蒸发器的器壁,只能隔断水分的传递,隔不断热量的传递。较大湖泊的水体内,水平向热量传递很小 (但湖流的发生增大水平向热量传导),短时间有限水域可假定只有垂直向热传导,侧壁隔热的蒸发器可模拟。

蒸发天天消耗淡水,与降水的性质不同,不可比较,所以引用蒸发时,必须写明蒸发的限定环境,如水面积、水深和口缘离地面的高度等。

遥测蒸发器的设计者,为了保持蒸发桶的水面不受干扰,从蒸发桶下部引出一管与测井相连,认定测井内的水位变化与蒸发桶内的水位变化同步,于是在测井上方布置很多测具,测水位变化,间接测蒸发桶内水位变化。

测井内水位变化,不但受蒸发桶内蒸发影响(连通管),还受两桶水温变化的影响。如果两桶水温一样,都加一个换算系数,如果水温不一样,容易与蒸发混淆,分不清是由于蒸发影响,还是因两桶水温不同而产生的水位差,这就是连通管所产生的问题。因蒸发的分划值为0.1mm,若两桶水温差影响两桶水位差小于0.1mm可略之;若大于0.1mm,可认为应增加水温观测。

液态水3.8℃～4.3℃密度最大,向下和向上密度都减小,可算出60g/cm2的水柱高度:0℃时为600.096mm;3.8℃～4.3℃时为 600.017mm;10℃时为 600.181mm;50℃时为 607.269mm;100℃时为626.079mm。

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

表1 水温与密度 (0℃～100℃)

表1 (续)

表2 水温与密度 (0℃～40℃)

若测井和蒸发桶水温一样,都修正一个数字,若不一样,修正值也不一样,给水面蒸发观测增加了内容,上述数据是假定垂线上水温一样算出来的,若垂线上存在温度梯度 (上热下冷或上冷下热),还要测多点,加权平均,虽然目前完全可以实现,但增加了观测成本,普及非常困难。

连通管是两边水柱重量不等的调节通道,要求在一定时间 (如1min)内达到平衡,就需要试验管径和长度的限定,水流阻力大了,过水量小;水流阻力小了,平衡时间长,如1/10000g天平需空气阻尼筒。

若测井内上口封闭,水面蒸发量可忽略不计,因蒸发桶内水面蒸发,使桶井内水位下降,则蒸发量公式如下:

式中:E为水面蒸发量,mm;W为蒸发面积,cm2;V为测井面积,cm2;ΔH为水位降低值,mm;K为换算系数。

测井面积V越大,K值越大,如W=3000cm2,V=300cm2,K=1.1,即蒸发10mm的水,测井内测到9.1mm,是一种缩小的测试工具。

总之,连通管的办法,需增加水温观测内容,测试精度比在蒸发桶内直接测定的精度降低K-1。建议不要采用。