翻斗式遙測雨量計在利辛水文測區(qū)的應(yīng)用探討

江德武

（安徽省阜陽水文水資源局利辛水文勘測隊，安徽 阜陽 236000）

1 概況

利辛水文測區(qū)內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)使用的雨量計為JDZ05-1型翻斗式雨量計。該型雨量計被廣泛應(yīng)用于區(qū)域遙測采集、雨量數(shù)據(jù)的自動收集、記錄、遠(yuǎn)傳及水文自動測報系統(tǒng)，方便快捷。

1.1 結(jié)構(gòu)

翻斗式雨量計由三大部分組成，即筒身、翻斗構(gòu)件、底座。筒身由具有規(guī)定直徑和高度的圓形外殼及承雨口組成，筒身和內(nèi)部翻斗構(gòu)件均安裝在底座上，底座安裝在水平基座上， 安裝時器口水平和儀器氣泡嚴(yán)密居中。 本測區(qū)使用的是分辨力為0.5mm的JDZ05-1型單翻斗雨量計［1］。 其主要組成為：①漏斗部件、②接線架、③翻斗部件、④集水罐、⑤調(diào)平螺帽、⑥磁鋼、⑦磁敏開關(guān)、⑧信號線，如圖1。

圖1 JDZ05-1型單翻斗雨量計

1.2 工作原理

雨量計通過內(nèi)設(shè)的一組翻斗裝置來完成雨量的計量工作，雨量筒身符合雨量計標(biāo)準(zhǔn)要求，承雨口直徑為200mm，以及一定的高度要求。 雨量計翻斗是利用機械雙穩(wěn)狀態(tài)的定位作用， 致使翻斗的傾斜狀態(tài)只有兩種，當(dāng)雨水流入一側(cè)的翻斗內(nèi)，雨量達(dá)到設(shè)定值時， 水的重量使其重心位置發(fā)生改變導(dǎo)致翻斗向一側(cè)翻轉(zhuǎn)。 翻斗翻轉(zhuǎn)以后，即被調(diào)節(jié)螺釘阻住。 此時一側(cè)斗內(nèi)的雨水被倒出， 另一側(cè)空斗正處于進(jìn)水漏斗的下方，繼續(xù)承接雨水進(jìn)行計量。當(dāng)此空斗中雨水流入量達(dá)到設(shè)定的要求值時，翻斗又翻轉(zhuǎn)，這一計量過程連續(xù)進(jìn)行，完成了對連續(xù)降雨的計量過程［2］。 干簧管和磁鋼相互配合產(chǎn)生信號， 并通過信號線將翻斗的計量信息數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭b測終端機。

2 特點和準(zhǔn)確性分析

通過利辛測區(qū)翻斗式雨量計的實踐， 對其測量的準(zhǔn)確性進(jìn)行了分析， 并對測量數(shù)據(jù)與人工觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行了長期的對比，對比成果較好，完全滿足雨量資料整編規(guī)范要求。

2.1 特點

翻斗式遙測雨量計是現(xiàn)代雨量自動測報的首選，具有以下特點：

（1）結(jié)構(gòu)較簡單，使用很方便。 翻斗式雨量計是一個全機械結(jié)構(gòu)產(chǎn)品，工作原理直觀簡單、容易掌握和理解，便于使用、易于推廣。

（2）性能優(yōu)良穩(wěn)定性好，滿足規(guī)范要求。 遙測雨量計的要求是根據(jù)翻斗雨量計的性能來確定的。 而翻斗雨量計的設(shè)計是根據(jù)雨量觀測要求進(jìn)行的，因此該款雨量計的各項性能指標(biāo)均能滿足雨量測報規(guī)范要求，只需一些簡單的維護(hù)，該雨量計就能長期的穩(wěn)定工作。

（3）信號輸出較為簡單，適合進(jìn)行數(shù)字化與自動化處理。它輸出的是觸點開關(guān)狀態(tài)，各種自動化設(shè)備接收處理較容易。只需通過兩根簡單的信號接出線，就能遠(yuǎn)距離傳輸信息。 這一優(yōu)勢是自動水文監(jiān)測系統(tǒng)使用的主要原因。

（4）價格低廉，易于維護(hù)。基于上述特點，翻斗式雨量計可應(yīng)用于大多數(shù)場合。因結(jié)構(gòu)設(shè)計，此類的傳感器需要將整個儀器暴露在風(fēng)雨中， 使翻斗和雨水接觸，夾帶灰塵的雨水，將給雨量計的正常運行造成影響，或降低降雨的測量精度。在這種環(huán)境條件和要求下，應(yīng)用翻斗雨量計必須仔細(xì)地加強維護(hù)，并考慮準(zhǔn)確度要求。

（5）翻斗雨量計的可靠性較高，如排除風(fēng)沙、昆蟲、塵污的堵塞問題，平均無故障使用時間應(yīng)可以超過兩年。

2.2 準(zhǔn)確性

翻斗雨量計出現(xiàn)的計量誤差能夠通過儀器實際的排出水量進(jìn)行比較，而實際使用時，是將測得值與真正降水量進(jìn)行對比。實際的降水量不是均勻的，受風(fēng)、地形高度，環(huán)境等影響［3］。

從原理方面分析翻斗式雨量計誤差原因， 誤差主要由三方面產(chǎn)生，即最大起始誤差、計量誤差和器口尺寸誤差。

（1）最大起始誤差。它由濕潤誤差和分辨力誤差構(gòu)成，而這兩種誤差為定值，從而得知最大起始誤差。通過測量就可以取得了最大起始誤差，即進(jìn)入翻斗的雨量達(dá)到規(guī)定量時，翻斗發(fā)生翻轉(zhuǎn)時儀器才會開始記錄，即為一個儀器的起始時間鑒別閾。 從而獲得最大起始誤差在一場降雨中的占比，從而取得這種測量的精度。

（2）計量誤差。 詳見該儀器的工作原理部分。

（3）承雨口尺寸誤差。雨量計承雨口尺寸大小影響了儀器的受雨面積， 該誤差直接影響了儀器的精度。目前采用的人工觀測的雨量器和遙測雨量計的器口尺寸都是標(biāo)準(zhǔn)的200mm口徑。 經(jīng)與同步觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析得知該型雨量計產(chǎn)生的誤差很小。

3 測區(qū)應(yīng)用情況

利辛水文測區(qū)現(xiàn)有闞町、王老人集、王市集、展溝集、望町集、紀(jì)倫寨、三里灣、馬店、孫廟、胡集鎮(zhèn)、劉家集、鞏店、張村、孫集、利辛、程家集共16個雨量站點，分布在利辛縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)，均采用JDZ05-1型翻斗式雨量計，使用效果很好，登錄阜陽水旱情信息實時監(jiān)控系統(tǒng)即可上網(wǎng)查看測區(qū)的所有站點實時降雨信息，便于獲取數(shù)據(jù)，掌握區(qū)域的降水狀況，能夠及時發(fā)現(xiàn)某站點發(fā)生故障，便于及時維護(hù)。利辛測區(qū)通過維護(hù)管理，遙測故障率很低，雨量資料完整且精度較高，現(xiàn)在除基本水文站外，其他遙測雨量站點全部取消了人工記載，實現(xiàn)了無人值守，節(jié)省了大量的人力資源。經(jīng)幾年測報及整編的驗證，其測量的數(shù)據(jù)完全符合降水量整編規(guī)范要求。目前，利辛水文測區(qū)已全部采用該型雨量計的數(shù)據(jù)進(jìn)行降水量資料整編。

4 測區(qū)管理措施

利辛測區(qū)每年汛前汛后對測區(qū)內(nèi)的雨量站點各進(jìn)行一次全面維護(hù)，以避免或減少故障的發(fā)生，根據(jù)降水的氣象情況適當(dāng)增加全面維護(hù)的頻次， 對易堵和灰塵較大的站點重點關(guān)注， 平時采取及時發(fā)現(xiàn)及時到現(xiàn)場維護(hù)排除故障的管理方式。 在實踐中逐漸探索出一套行之有效的管理措施及養(yǎng)護(hù)方法。

4.1 雨量計的清潔保養(yǎng)

（1）儀器長期工作在室外環(huán)境，應(yīng)及時清除承雨口內(nèi)落入的異物， 并對承雨口內(nèi)的灰塵等臟物使用不脫毛軟棉布進(jìn)行擦洗， 使承雨器內(nèi)壁長期保持清潔，確保水路暢通［4］。

（2）儀器停用期間，應(yīng)蓋上儀器配套的防護(hù)蓋對承雨口加以保護(hù)。

（3）儀器長期處在工作狀態(tài)時應(yīng)在一個月內(nèi)清理并擦洗一次， 三個月內(nèi)應(yīng)在清理時對儀器各過水部件全部清洗一次。

（4） 翻斗的清洗維護(hù)， 雨量計的翻斗是關(guān)鍵部件，它對儀器計量是否準(zhǔn)確起到重要作用，由于工作在室外環(huán)境， 翻斗內(nèi)壁有塵埃附著， 應(yīng)定期清洗翻斗。 養(yǎng)護(hù)時，用清水和養(yǎng)護(hù)專用的細(xì)毛刷配合使用，輕輕的將翻斗內(nèi)壁洗凈。

（5） 翻斗的靈活程度檢測， 先將翻斗置于水平狀態(tài)，然后放開翻斗觀察其左右翻轉(zhuǎn)是否靈活。若翻轉(zhuǎn)時靈活性較差，則說明翻斗軸承與軸尖處有臟污，這時可取下翻斗，將該處的臟污清洗干凈后再安裝即可解決。

（6）清洗翻斗時應(yīng)用清水清洗，不得在寶石軸承中添加潤滑劑等［5］。

4.2 雨量計的校準(zhǔn)處理

調(diào)解方法：①取下筒身。 ②拿掉翻斗，清洗翻斗內(nèi)臟物。③斷開接線板上A、B處的接頭。④檢查底座氣泡居中情況，觀察儀器內(nèi)部有無損壞部件。⑤調(diào)節(jié)限位螺絲看可有松動，檢測儀器水平狀況。⑥檢測翻斗靈活性，先測翻斗靈活度，查看翻斗軸向與軸承釘有無合適的間隙。 ⑦查看儀器內(nèi)是否有異物， 清除后，觀察排水口通暢情況。

4.3 雨量計的數(shù)據(jù)傳輸

雨量計傳輸系統(tǒng)由RTU 與多種通信模塊構(gòu)成，是利用翻斗處設(shè)置的磁性開關(guān)的啟閉次數(shù)來控制的，即啟閉一次代表翻一斗，依次計量雨量，再將雨量信息數(shù)據(jù)貯存于RTU內(nèi)， 同時經(jīng)系統(tǒng)向分中心傳輸數(shù)據(jù)。 主要出現(xiàn)的故障及處理措施如下：

（1）數(shù)據(jù)傳輸不暢通，信號不穩(wěn)定。 其主要影響因素是站點處信號較差所致， 將站點移至信號強的位置，也可以通過安裝大功率天線來解決，然后重啟電源檢測數(shù)據(jù)傳輸狀況。

（2）主板供電不足或電池電量耗盡，若出現(xiàn)這種狀況會發(fā)生不能發(fā)送整點數(shù)據(jù)， 有雨時才能有數(shù)據(jù)發(fā)送，應(yīng)及時更換模塊主板，若經(jīng)檢測確定模塊主板正常， 那就是手機模塊出現(xiàn)問題不能保證數(shù)據(jù)的傳輸，更換手機模塊即可。

4.4 雨量計的電源故障

電源發(fā)生故障不能正常工作可以登錄系統(tǒng)網(wǎng)站找到故障站，可以看到該站電壓過程線降幅明顯，以闞町閘站為例， 當(dāng)電壓過程線呈現(xiàn)規(guī)律性的升降波動說明太陽能板對蓄電池能正常充電， 若電壓突降至10V以下，說明已出現(xiàn)充電問題，應(yīng)更換蓄電池。為保證正常充電，應(yīng)檢查太陽能板和蓄電池，檢查中應(yīng)更換老化元件。一般情況下，若站點的太陽能板出現(xiàn)故障，應(yīng)將太陽能板和蓄電池同時更換，電壓過低的蓄電池不能正常充電時， 應(yīng)對被換的蓄電池進(jìn)行檢測或激活，確定正常后才能使用。

5 結(jié)語

通過對翻斗式遙測雨量計在利辛水文測區(qū)的實踐情況的分析，闡述了該雨量計的特點、各種維護(hù)措施及管理方法，探討了該型雨量計的維護(hù)措施及其重要意義， 實踐表明只要掌握儀器的各項性能指標(biāo)，形成一套行之有效的管理辦法， 就能使該儀器正常運行。利辛測區(qū)通過較好的維護(hù)管理不僅取得了完整的雨量資料，且所獲資料精度明顯提高，還節(jié)省了大量的人力資源，為測區(qū)雨量巡測提供了較好的管理經(jīng)驗。