議連通管自動遙測水面蒸發(fā)器的問題

王積強 邵 軍

(水利部南京水利水文自動化研究所,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),短時間有限水域可假定只有垂直向熱傳導,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,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。

遙測蒸發(fā)器的設(shè)計者,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井相連,認定測井內(nèi)的水位變化與蒸發(fā)桶內(nèi)的水位變化同步,于是在測井上方布置很多測具,測水位變化,間接測蒸發(fā)桶內(nèi)水位變化。

測井內(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,可認為應(yīng)增加水溫觀測。

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℃時為600.096mm;3.8℃～4.3℃時為 600.017mm;10℃時為 600.181mm;50℃時為 607.269mm;100℃時為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 高 差 0.36mm;10℃ ～20℃時 高 差0.90mm;20℃～25℃時高差 0.70mm;20℃～30℃時高差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℃)

若測井和蒸發(fā)桶水溫一樣,都修正一個數(shù)字,若不一樣,修正值也不一樣,給水面蒸發(fā)觀測增加了內(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),還要測多點,加權(quán)平均,雖然目前完全可以實現(xiàn),但增加了觀測成本,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,要求在一定時間 (如1min)內(nèi)達到平衡,就需要試驗管徑和長度的限定,水流阻力大了,過水量小;水流阻力小了,平衡時間長,如1/10000g天平需空氣阻尼筒。

若測井內(nèi)上口封閉,水面蒸發(fā)量可忽略不計,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為測井面積,cm2;ΔH為水位降低值,mm;K為換算系數(shù)。

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

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