半潜式湖域水面蒸发观测系统的制作方法

本发明涉及水科学与水工程技术领域，具体涉及一种确定湖域尺度下水面蒸发量观测的半潜式湖域水面蒸发观测系统。

背景技术：

水面蒸发量的定义是：大地标准水平面在无风浪条件下水位下降高度值即蒸发量。水面蒸发量是我国水文水资源、气象观测的重要指标，如何准确地监测蒸发量是关键问题。现有的自动蒸发站通过测针测量每天的液位高度变化来计算蒸发量，并进行主动补水来弥补蒸发装置内损失的水量，当水面升高时，通过溢流口流出多余水量以保证蒸发装置内液位不会过高。现有装置结构下，由于溢流管中常存有不少水量，因此溢流量的计算并不精确，而由于水位变化方式多样，溢流管中的水量无法准确测算，这就导致了蒸发量的计算存在较大误差。此外，以往水面观测成果主要利用气象站内的蒸发皿进行统计分析，通常采用经验关系估算，不能代表湖域的水面蒸发。最能代表水面蒸发的，是在湖泊合适位置设置水面观测平台，并与湖泊周边气象站观测的水面蒸发观测对比实验研究，获取现行各类蒸发器的折算系数。目前，在鄱阳湖流域尚未开展湖域水面蒸发的观测工作。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于物联网技术的适用于湖域水面蒸发量观测系统，克服了上述技术之不足，其能有效构建湖域周边气象台站观测的水面蒸发与湖域观测水面蒸发之间经验公式。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种半潜式湖域水面蒸发观测系统，包括：

浮于水面的蒸发观测平台、蒸发观测平台固定装置、设置于蒸发观测平台上的消能防浪装置、蒸发皿、气象数据采集传感器组、供水装置、数据采集和控制装置、通信装置、供电装置和远程控制平台；

所述蒸发观测平台为空心环形板结构；

所述蒸发观测平台固定装置将蒸发观测平台固定在湖域水面；

所述蒸发皿包括湖面蒸发皿和e200蒸发皿，所述湖面蒸发皿四周环绕设有消能防浪装置，湖面蒸发皿、消能防浪装置设置于蒸发观测平台中部空心结构处，通过钢管与蒸发观测平台内环焊接形成一体结构；消能防浪装置外围环形板上固定气象站支架，支架上固定e200蒸发皿和气象数据采集传感器组；所述湖面蒸发皿和e200蒸发皿内分别设有微压传感器和供水管接口，通过供水管连接供水装置；

所述供水装置包括供水管、供水泵和计量流量计；

所述数据采集和控制装置通过数据采集和控制装置支架固定在蒸发观测平台的环形板上，数据采集和控制装置采集气象数据采集传感器组、微压传感器、计量流量计获取的数据，控制供水泵供水，并通过通信装置将采集的数据发送至远程控制平台；

所述供电装置用于给用电装置供电；

所述远程控制平台用于远程监控。

作为本发明的进一步改进，所述固定装置由多个固定单元组成，每个固定单元的组成包括固定架、固定件、锚索器、锚和浮筒；

所述固定架竖直设置于平台边缘，固定架和平台间通过固定件固定连接；所述锚索器设置于固定架上，位于水平面下方，锚索器和锚相连接；所述浮筒设置于固定架底部。

进一步的，所述锚索器为可伸缩锚索器。

作为本发明的进一步改进，，所述固定装置包括至少3个固定单元，所述至少3个固定单元均匀布置于蒸发观测平台周围。

作为本发明的进一步改进，所述气象站支架上从上至下依次固定风速传感器、风向传感器、辐射传感器、光照传感器、温湿度传感器和e200蒸发皿。

作为本发明的进一步改进，所述系统还包括监控摄像装置；所述监控摄像装置固定于数据采集和控制装置支架顶部，采集平台及平台周边的视频数据，并经数据采集和控制装置发送至远程控制平台。

作为本发明的进一步改进，所述蒸发观测平台底部设有多个配重块。

作为本发明的进一步改进，所述供电装置为太阳能供电装置，包括太阳能板和蓄电池组。

本发明的系统，观测流程如下：

设定采集数据的采样间隔，包括气象数据采集传感器组的各传感器的采样间隔、蒸发皿中设置的微压传感器的采样间隔；设定蒸发皿中的最高水位、最低水位，并确认此时微压传感器的读数；

供电装置为用电装置供电，启动蒸发观测平台；

气象数据采集传感器组的各传感器、微压传感器、流量计采集的数据实时发送至数据采集和控制装置；

数据采集和控制装置根据微压传感器的读数控制供水、停水；并将采集的传感器数据、流量计数据经通信装置发送至远程监控平台。

进一步的，远程监控平台获取蒸发观测平台采集的数据，以及蒸发观测平台所在水域周边多个气象台站的气象数据，进行对比分析，构建湖域水面蒸发经验公式。

本发明的方法可实现：（1）连续、精确监测e200和湖面蒸发皿的水面蒸发量；（2）e200和湖面蒸发皿自动补水过程；（3）无线传输采集的气象数据、e200和湖面蒸发皿的压力数据、供水泵的供水量数据传输至远程显示与控制平台；（4）根据平台监测的蒸发量和降水量数据，综合湖域周边气象台站观测蒸发量和降水量数据，构建适用于本区域的经验公式。

附图说明

图1是本发明的系统结构示意图；

图2是湖域水面蒸发研究示意图；

其中：1.蒸发观测平台；2.可伸缩锚索器；3.固定件；4.固定架；5.气象站支架；6.光照传感器；7.风速传感器；8.风向传感器；9.辐射传感器；10.温湿度传感器；11.气象数据收集器；12.e200蒸发皿；13.浮筒；14.湖面蒸发皿；15.消能防浪装置；16.e200蒸发皿供水计量流量计；17.湖面蒸发皿供水计量流量计；18.供水泵；19.太阳能板；20.监控摄像装置；21.图像数据传输线；22.监控摄像装置电源线；23.太阳能电源输出线；24.无线数据传输器；25.数据采集和控制装置；26.气象数据采集传感器组及气象数据收集器电源线；27.蓄电池连接线；28.蓄电池组；29.配重块；30.e200蒸发数据传输线；31.气象传感器数据线；32.湖面蒸发数据传输线；33.湖面蒸发皿供水管；34.e200蒸发皿供水管；35.锚索；36.锚；37.e200蒸发皿供水管接口；38.e200蒸发皿微压传感器；39.湖面蒸发皿微压传感器；40.湖面蒸发皿供水管接口；41.数据采集和控制装置支架；42.计量数据传输线；▽处为水面；

2-1气象台站ⅰ；2-1气象台站ⅱ；2-3气象台站ⅲ；2-4气象台站ⅳ；2-6湖泊。

具体实施方式

本发明不受下述实施例的限制，可根据本发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

下面结合实施例及附图对本发明作进一步描述：

如图1所示的半潜式湖域水面蒸发观测系统，其整体装置结构包括浮于水面的蒸发观测平台1、蒸发观测平台固定装置、设置于蒸发观测平台上的消能防浪装置15、蒸发皿、气象数据采集传感器组、供水装置、监控摄像装置、数据采集和控制装置25、通信装置、供电装置和远程控制平台；

蒸发观测平台1为空心环形板结构，其底部设有多个配重块29；

蒸发观测平台固定装置将蒸发观测平台1固定在湖域水面；固定装置由多个固定单元组成，每个固定单元的组成包括固定架4、固定件3、可伸缩锚索器2、锚36和浮筒13；固定架4竖直设置于平台1边缘，固定架4和平台1间通过固定件3固定连接；可伸缩锚索器2设置于固定架4上，位于水平面下方，可伸缩锚索器2和锚36通过锚索35相连接；浮筒13设置于固定架4底部。优选的，固定装置包括至少3个固定单元，均匀布置于蒸发观测平台1周围，以保证平台1稳定。

蒸发皿包括湖面蒸发皿14和e200蒸发皿12，湖面蒸发皿14四周环绕设有消能防浪装置15，消能防浪装置15为环形结构；湖面蒸发皿14、消能防浪装置15设置于蒸发观测平台1中部空心结构处，其部分位于水下，湖面蒸发皿14、消能防浪装置15通过钢管与蒸发观测平台1内环焊接形成一体结构。消能防浪装置15外围环形板上固定气象站支架5，支架上从上至下依次固定风速传感器7、风向传感器8、辐射传感器9、光照传感器6、温湿度传感器10、e200蒸发皿12和气象数据收集器11；风速传感器7、风向传感器8、辐射传感器9、光照传感器6、温湿度传感器10采集的数据通过气象数据收集器11发送至数据采集和控制装置25。湖面蒸发皿14内设有湖面蒸发皿微压传感器39和湖面蒸发皿供水管接口40；e200蒸发皿12内设有e200蒸发皿供水管接口37和e200蒸发皿微压传感器38，e200蒸发皿微压传感器38和湖面蒸发皿微压传感器39分别通过e200蒸发数据传输线30、湖面蒸发数据传输线32连接数据采集和控制装置25。

供水装置包括供水管、供水泵和计量流量计；e200蒸发皿供水管接口37和湖面蒸发皿供水管接口40分别通过供水管33、34连接供水装置；供水装置处设有供水泵18，湖面蒸发皿供水管33、蒸发皿供水管34上分别设有湖面蒸发皿供水计量流量计17和e200蒸发皿供水计量流量计18。湖面蒸发皿供水计量流量计17和e200蒸发皿供水计量流量计18分别经计量数据传输线42连接数据采集和控制装置25。

监控摄像装置20设置于数据采集和控制装置支架41的顶部，采集平台1及平台1周边的视频数据，并经数据采集和控制装置25发送至远程控制平台。

数据采集和控制装置25通过数据采集和控制装置支架41固定在蒸发观测平台1的环形板上，数据采集和控制装置25采集气象数据收集器11、微压传感器38、39和计量流量计17、18获取的数据，控制供水泵18供水，并通过通信装置将采集的数据发送至远程控制平台。本实施例中通信装置为无线数据传输器24。

供电装置为太阳能供电装置，包括太阳能板19和蓄电池组28，通过电源线向观测系统各用电装置供电。

远程控制平台用于远程监控。

所述系统的安装及观测流程如下：

在陆地上搭建观测平台1，将平台1固定装置、消能和防浪装置15和湖面蒸发皿14进行组装，根据需要在固定架4下放安装浮筒13。在陆地上安装完整后，利用运输船将平台1运送至湖中选定的位置，将蒸发观测平台1放入湖水中。安装可伸缩锚索器2、锚索35和锚36，利用锚索35和锚36将平台1固定在湖面上。

在蒸发观测平台1上安装上气象站支架5，在气象站支架上安装光照传感器6、风速传感器7、方向传感器8、辐射传感器9和温湿度传感器10，将传感器的通讯线接入气象数据采集器11；在距平台垂直高度70cm的位置安装e200蒸发皿12，在e200蒸发皿12内安装微压传感器38、供水管接口37和e200蒸发皿供水管34，将气象站支架5上输出的气象传感器数据线31、e200蒸发数据传输线30连接至数据采集和控制装置25；e200蒸发皿供水管34连接至伺服供水泵18，在供水管34上安装e200蒸发皿供水计量流量计16，将计量流量计16通过计量数据传输线42连接至数据采集和控制装置25；

在观测平台1上的湖面蒸发皿14上安装湖面蒸发微压传感器39、湖面蒸发皿供水管接口40和湖面蒸发皿供水管33，湖面蒸发数据传输线32连接至数据采集和控制装置25；湖面蒸发皿供水管33连接至伺服供水泵18，在供水管33上安装湖面蒸发皿供水计量流量计17，将计量流量计17通过计量数据传输线42连接至数据采集和控制装置25；

在观测平台1上安装数据采集和监控支架41，在支架41上安装监控摄像装置20，将图像数据传输线21连接至数据采集和控制装置25；在数据采集和控制装置25中分配给各用电部位；在数据采集和监控支架41上安装无线数据传输器24，将数据采集和控制装置25获取的数据无线传至远程数据平台；

在观测平台1上的数据采集和监控支架41上安装太阳能板19，将输出的电能输送至蓄电池组28，再将蓄电池组28上的电源通过蓄电池连接线27连接至数据采集和控制装置25，由数据采集和控制装置25将电源分配给气象数据采集器11、e200蒸发皿微压传感器38、湖面蒸发皿微压传感器39、供水泵18和监控摄像装置20。

各装置安装调试完成后，通过调节浮筒13水量使观测平台1上的湖面蒸发皿14底部与湖面接触，再通过配重块29精确调节湖面蒸发皿14上部距湖面的距离，保证观测的有效性。

观测系统安装、调试完成后可以开始观测工作，湖域水面蒸发观测系统的观测工作流程如下：

先设定采集数据的采样间隔，主要有气象数据采集器11中气象传感器的采样间隔，以及e200蒸发皿12和湖面蒸发皿14中通过微压传感器在数据采集和控制装置25设置停止供水的最高水位和开始供水的最低水位以及蒸发数据的采样间隔，采集的数据和视频数据设置为实时传输，传输至远程控制平台。

具体系统运作流程如下：

供电装置将太阳能板19采集的电能储存在蓄电池组28中，通过数据采集和控制装置25中的电源适配器分配给各用电装置；数据采集和控制装置25根据设定的停止供水的最高水位和开始供水的最低水位给e200蒸发皿12和湖面蒸发皿14供水，实现自动供水并采集供水量数据；数据采集和控制装置25接收气象数据收集器11、e200蒸发皿微压传感器38和湖面蒸发皿微压传感器39、e200蒸发皿供水计量流量计16、湖面蒸发皿供水计量流量计17和监控摄像装置20采集的数据，将采集的数据通过无线数据传输器24，传输至远程控制平台，远程控制平台上设置气象数据显示区、e200蒸发数据显示区、湖面蒸发数据显示区、视频监控数据显示区，各数据分别在远程控制平台对应的显示区实时显示，远程控制平台上另外设置控制区，通过无线通讯在远程控制平台中远程控制区控制视频监控的范围、蓄电池组的电量以及采样间隔设定等。

具体应用时如图2所示，根据研究的需要选择典型湖泊2-6，在湖泊适当位置安装湖域蒸发观测平台1，收集在湖泊2-6周边不同位置气象台站2-1、气象台站2-2、气象台站2-3和气象台站2-4的气象数据；通过国家气象台站观测气象数据与蒸发观测平台1观测数据，进行对比分析，构建适宜于本气候条件下该湖域的水面蒸发经验公式。

以上技术特征构成了本发明的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。