基于气象水文蒸发测量原理的水位温度矫正装置设计

黄松岭

（新疆维吾尔自治区乌鲁木齐水文勘测局，新疆 乌鲁木齐 830000）

随着工业发展的不断进步，人们对工业生产的要求也越来越严格，对于工业生产发展中水位温度的影响必须采取严谨的态度。以新疆为例，结合新疆的基本地理情况以及水体温度检测模式进行研究，从而确定气象水文蒸发原理在水位温度测量上的应用。

1 水位温度矫正装置

新疆目前存在的水体温度检测装置[1]，一般有两种类型：第一种是Z型水位温度矫正测量仪。Z型水位温度矫正装置的原理是对水体在蒸发过程中产生的水蒸气的温度进行测量，从而确定水位温度差值。其准确率为1 mm，但远程控制不达标，需要经常进行人工干预；第二种是磁致伸缩型水位温度修正仪。磁致伸缩型水位温度矫正设备的原理是利用设备中的传感器对水体高度进行测量，并利用其电路工作对水位进行控制，再结合水体蒸发量确定水位温度，准确率为0.5 mm。但该装置需要人工加水，对天气的防范能力较差，且无远程监控功能。图1为利用气象水文蒸发测量原理设计的水位温度矫正装置系统原理。

图1 水位温度矫正装置原理

2 基于气象水文蒸发测量原理的水位温度矫正装置设计

2.1 水位温度检测设计

根据新疆的高原作用与水分热力学蒸发等情况对水位进行分析，利用水位蒸发与凝结现象有效的测出水位温度[2]。以较为简单的气象水文蒸发测量系统为研究对象，分析水位温度的微观结构特征和系统界面的热力学性质，在水位升高降低过程中对水体温度进行测量，通过相关设备仔细观察水体中的粒子，实现对水位温度的检测，在这部分工作中不但可以对水体温度进行测量，对水位的高低也能做出良好评价，因此利用气象水文蒸发测量系统进行水位温度矫正非常关键。气象水文测量自适应控制理论结合了现代控制理论和经典控制理论的优点[3]，在控制器参数的选取得当的条件下，系统始终是收敛的，具有良好的稳定性。

2.2 测量系统界面设计

对新疆某地区的水位温度检测不仅要对温度数据变化测量方法进行创新，还要跳出传统思维水位温度检测方式，寻找一种设备消耗低、在线计算方便、综合测量水位温度效果好的新的控制理论和方法，采用气象水文测量方法对水位温度测量过程进行系统界面设计恰好满足上述要求。水位温度监控与监测对工业生产发展来说非常关键，而影响水位温度的主要因素是新疆的气候情况，新疆气候干燥少有降水，在影响水位温度的同时，对水位高度也造成一定影响。

在水位温度测量过程中，利用气象水文蒸发测量系统测出的温度变化值由矩阵A表示：

其中A1，A2，…，Am是构成矩阵的子矩阵，表示组成项目的m个“任务”。

Am1，Am2，…，Amn分别对应“子任务”或完成“任务 m”需要开展的n项“活动”。如果Amn是矩阵，则Amn可以向下继续分解表达，直至不可分解。此时，气象水文蒸发测量系统的原理可以表示为：

其中Amn=表示“子任务”，即Amn进一步分解后的具体“活动”。

将已经测量的水位温度带入式中进行计算，进一步获取水位温度数据，为水位温度矫正打好基础。通过以上测量计算方式能够更加形象地将水位温度变化在新设计的系统界面中表现出来。

3 实验论证分析

为了更好地对比出传统水位温度矫正装置和利用气象水文蒸发测量原理进行水位温度测量工作的好坏，分别对河流A和河流B采取两种装置进行水位温度测量结果比较，实验以河流下预埋的水生物变化情况为研究指标：河流A和河流B水位温度的变化和水位的高低程度都会影响水生物的生长，所以可以通过两条河流水生物的存活率对两条河流水位温度进行测评。实验采用将数量相同的水生物分别投入到两条河流当中，并利用两种不同装置对水位温度进行监测，通过记录、分析水生物密度的变化趋势判断利用气象水文蒸发测量系统原理在水位温度测量中的优劣。实验数据见表1。

表1 水位温度变化表

从表1整理的数据可以看出，在其他变量都相同的条件下进行水生物密度取样时，水位温度变化情况就代表着该河流是否适合生物生存繁衍，当水生物的存活密度大于1或位于0附近，水生物的密度值会出现升高的现象；水生物的密度含量在0～1之间时，水生物的密度值减少。由此可知，水位温度控制着水生物的生存与繁衍。为了更加直观的分析水位温度对河流水生物的影响，将表1数据绘制成如图2的曲线图。

图2 水生物存活量对比图

从图2曲线可以看出，针对同一条河流，采用传统装置控制水位温度变化没有利用气象水文蒸发原理进行水位温度测量的变化明显，说明利用气象水文蒸发测量原理对水位温度测量工作具有重大意义。

4 结语

社会的不断发展促使着各项高科技层出不穷，越来越多利用气象水文蒸发测量系统原理的水位温度矫正装置被相继采用，但这还远远不能满足当前水位温度测量工作的需要。相对传统的人工水位测量来讲，利用气象水文蒸发测量原理对水位温度矫正装置进行创新可以减少工作量，提高水位温度测量的精准性，这对于与新疆地质条件相类似的地区来讲无疑是一项具有重大意义的举措。