提高遙測雨量計(jì)量測精度的對策措施

【摘要】YDH-1S遙測終端是中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)采用的新型儀器。其設(shè)計(jì)采用單板結(jié)構(gòu)，運(yùn)用新器件、新技術(shù)和新工藝，是配套多串口、多信道、多工作制式及功能按鍵并顯示屏，加固態(tài)存儲器的遙測終端機(jī)。具有結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性高，操作方便，管護(hù)簡單等特點(diǎn)，能適應(yīng)各種工作環(huán)境和不同層次人員使用要求，實(shí)現(xiàn)多信息源水文數(shù)據(jù)采集和多信道水文數(shù)據(jù)傳輸。

【關(guān)鍵詞】水文監(jiān)測；遙測雨量計(jì)；量測精度；措施優(yōu)化

引言

2012年青海省中小河流水文監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目集中新建和改建使用YDH-IS遙測終端，全面替換原有水文站和群眾雨量站采用的固態(tài)存儲雨量計(jì)。西寧水文分局所屬基本水文站共安裝13套該型號遙測雨量計(jì)。其內(nèi)置的各類參數(shù)和固態(tài)存儲器的水文數(shù)據(jù)，可與翻斗式遙測雨量計(jì)連接。基本工作原理是：降雨時(shí)，翻斗式雨量計(jì)的承雨口承接降水，經(jīng)引水管導(dǎo)入翻斗，當(dāng)降雨量達(dá)到雨量計(jì)的翻斗容量時(shí)，翻斗翻轉(zhuǎn)，帶動磁鋼翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)干簧管開關(guān)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號送入數(shù)據(jù)采集器，采集器接受脈沖信號進(jìn)行累計(jì)。當(dāng)一個(gè)采樣周期（5分鐘）結(jié)束時(shí)，自動喚醒采集器，按照采樣周期的累積雨量和發(fā)生日期、時(shí)間，按軟件預(yù)定的格式，存入固態(tài)RAM中，如此不斷重復(fù)，從而達(dá)到連續(xù)不斷、長期穩(wěn)定的測量、記錄降水過程的目的，并具有現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)筆記本電腦下載或通過GPS衛(wèi)星通道異地遠(yuǎn)程下載功能。本文旨在通過對YDH-IS遙測終端運(yùn)行幾年來測量數(shù)據(jù)與原用虹吸式自記雨量計(jì)觀測資料分析比對，研究找出兩者量測數(shù)據(jù)存在誤差的原因，并提出優(yōu)化設(shè)計(jì)和維護(hù)保養(yǎng)的方法措施，為提高遙測雨量計(jì)量測精度提供建議和依據(jù)。

一、遙測雨量計(jì)的調(diào)試和使用

西寧水文分局所屬基本水文站共安裝13套遙測雨量計(jì)，其中：海晏、湟源、西納川、橋頭、黑林、南川河口6站安裝分辨率為0.1mm融雪型翻斗式雨量計(jì)；牛場、朝陽、西寧、傅家寨、青石嘴、尕日得、董家莊7站安裝分辨率為0.1mm翻斗式雨量計(jì)。2015年4月中旬，分局對轄屬所有雨量站進(jìn)行檢查、清洗、調(diào)試、實(shí)施滴水試驗(yàn)。期間，對個(gè)別站故障電池及時(shí)更換，對桿式雨量計(jì)水準(zhǔn)泡精確調(diào)校，對個(gè)別因非汛期未使用雨量計(jì)不銹鋼翻斗與塑料調(diào)校旋鈕粘連做人工分離。10月上旬?dāng)?shù)據(jù)采集完成后，對設(shè)備進(jìn)行全面清洗并封裝保養(yǎng)。

二、測試數(shù)據(jù)的選用和比對

筆者對安裝投入使用、且運(yùn)行正常的11個(gè)分辨率均為0.1mm的翻斗式雨量計(jì)與虹吸式雨量計(jì)基站2015年的兩種設(shè)備觀測數(shù)據(jù)資料做了比對分析。這11個(gè)水文站分布在湟水流域，各測站遙測翻斗式雨量計(jì)與虹吸式自記雨量計(jì)均安裝在同一觀測場內(nèi)，觀測場地符合SL21—90《降水觀測規(guī)范》或SL21—2006《降水觀測規(guī)范》要求。其中6個(gè)采用融雪型翻斗式雨量計(jì)的水文站，觀測時(shí)間為1～12月；汛期采用虹吸式自記雨量計(jì)觀測數(shù)據(jù)對比分析，非汛期采用人工雨量筒觀測數(shù)據(jù)對比分析。其他7個(gè)采用翻斗式雨量計(jì)的水文站觀測時(shí)間為5～9月，和同期的虹吸式自記雨量計(jì)觀測數(shù)據(jù)對比分析，當(dāng)各站出現(xiàn)固體降水時(shí)，采用人工觀測值參加統(tǒng)計(jì)分析。所有數(shù)據(jù)符合SL21—90《降水觀測規(guī)范》或SL21—2006《降水觀測規(guī)范》測量精度要求，資料真實(shí)可靠。

分析過程中，以虹吸式自記雨量計(jì)記錄雨量作為真值，遙測翻斗雨量計(jì)記錄雨量作為新儀器記錄試驗(yàn)雨量，用絕對、相對誤差來評價(jià)降水量的合格率。通過對11個(gè)站日降水量共819天的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)比對分析，在誤差范圍內(nèi)的有629天，其中降水量小于或等于10mm的合格天數(shù)為596天，合格率80.65%，降水量大于10mm的天數(shù)為33天，合格率35.87%；總合格率76.80%，最高合格率為93.44%；最低合格率為53.95%。綜合分析認(rèn)為，11個(gè)站遙測式雨量計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)穩(wěn)定，故障率低，安全性好，但測得數(shù)據(jù)只有部分達(dá)標(biāo)，數(shù)據(jù)合格率不理想，未能達(dá)到預(yù)期效果。

三、產(chǎn)生量測誤差的原因分析

1、遙測翻斗式雨量計(jì)與虹吸式自記雨量計(jì)之間存在走時(shí)誤差，造成兩套儀器采集時(shí)間不一致，導(dǎo)致記錄的日雨量存在差異，特別是日分界降雨越大，差異越大。主要原因是水文站每日8時(shí)校核存在誤差，這在今后觀測虹吸式自記雨量計(jì)時(shí)要特別注意，及時(shí)校核時(shí)間并予以校正。

2、由于精度要求高，對觀測平臺精確度要求更高，其基座是否水平會影響左右翻斗平衡，對雨量記錄影響較大。必須定期檢查雨量計(jì)水準(zhǔn)泡并及時(shí)調(diào)校，確保基座水平。

3、融雪型雨量計(jì)使用過程中存在干燒現(xiàn)象，致使測得數(shù)據(jù)值偏低，翻斗內(nèi)的沉積泥沙清除不及時(shí)，影響翻斗計(jì)量精度。

4、降水較小或臨近降雨結(jié)束時(shí)，翻斗內(nèi)的雨量達(dá)不到翻斗的分辨率，降水量或被蒸發(fā)、或被計(jì)入下次降水量，致使當(dāng)日降水量偏小、下次降水量偏大。

5、兩種儀器安裝高度、位置不同，也會引起一定誤差。

四、提高量測精度的對策措施

1、了解掌握當(dāng)?shù)販y站的降雨特性，多做滴水試驗(yàn)，進(jìn)行滴水比測試驗(yàn)時(shí)，合理控制給水強(qiáng)度，使之盡量接近測站地實(shí)際降雨強(qiáng)度。測量操作時(shí)，既要比測儲水瓶的水量，也要比測采集器的記錄量，二者兼顧。

2、加強(qiáng)管理，定期維護(hù)，及時(shí)檢測電池電壓，勤于保養(yǎng)承雨器、注意翻斗內(nèi)部清潔，每月至少清洗一次，清洗完后必需檢查和調(diào)平基座水準(zhǔn)氣泡。

3、為避免左右翻斗翻轉(zhuǎn)量不一致，要隨時(shí)調(diào)校翻斗的靈敏度，使之與當(dāng)?shù)氐慕涤昵闆r相適應(yīng)，最大限度提高觀測精度，努力使之符合規(guī)范要求。

4、認(rèn)真做好每次的儀器安置工作和清洗滴水比測試驗(yàn)記錄，以保證設(shè)備運(yùn)行正常，杜絕缺測、漏測現(xiàn)象，保證資料質(zhì)量精準(zhǔn)可靠，提高水文監(jiān)測水平。

5、加強(qiáng)人員培訓(xùn)，提高操作技能，減少人為誤差。對不銹鋼翻斗與塑料調(diào)校旋鈕個(gè)別出現(xiàn)粘連現(xiàn)象，應(yīng)充分考慮高原晝夜溫差大，塑料老化風(fēng)化嚴(yán)重等實(shí)際情況，對塑料調(diào)校旋鈕用材進(jìn)行合理改進(jìn)，消除發(fā)生粘連現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)：

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[2] 王文寶.淺談大理水文自動測報(bào)系統(tǒng)的日常管理和維護(hù)[J].云南水利水電，2013（2）

作者簡介：宋勇，男，1973年11月生，陜西人，現(xiàn)供職于青海省水文水資源勘測局西寧分局，技師，現(xiàn)任董家莊水文站站長，長期從事水文勘測及水文與水資源研究工作。