JDZ05-1型翻斗式雨量传感器在淇门水文站的应用分析

□王冬至 □翟朋云 □王利敏(水文水资源局)

□胡铁山(陆浑水库管理局)

1.JDZ05-1型雨量传感器工作原理

JDZ05-1型雨量传感器外观与口径为20cm的自记雨量筒相同，内部结构自上而下分别为承雨漏斗，滴嘴、滴针，接雨的翻斗，其中翻斗类似管槽状，中间隔开分左右两斗室，支撑架支住翻斗中间部位，当降雨通过承雨漏斗锥底汇集到滴嘴、滴针注入翻斗，上方的斗室接受承雨器汇集来的水量，随着水量增加，当重量达到仪器感量时，翻斗翻转力矩大于翻斗部件自重平衡力矩时，翻斗翻转向下，将水倒出排出器外，而另一斗室上翘开始承雨，翻斗轴承可使翻斗部件左、右两斗总是轮换处于一上一下的状态。翻斗两侧各安装一个磁钢，其对应支撑架上各有干簧管式磁敏开关，当翻斗翻转至水平位置时，磁钢接近干簧管，其磁场激励干簧管中簧片，两簧片分别被磁化为N、S极，异性相吸，开关闭合，电路导通，发出一个电脉冲信号，完成将一个单元降水量（0.5mm）的转换和信号输出工作。

2.测站基本情况

淇门水文站位于河南省鹤壁市浚县新镇镇李庄村，东经114°11′，北纬35°2′，海拔高程64.6m，属南运河水系卫河中游控制站，地处豫北平原区，属于温带季风气候，多年平均降水量为588.3mm。该站从2006年年底开始安装使用JDZ05-1型雨量传感器，每年的3月1日-11月1日期间使用。人工观测雨量在每年的6月1日-11月1日期间使用自记雨量计观测，其它时间使用雨量筒。

3.对比分析

通过2009年和2010年的遥测降雨量数据（以下简称遥测）和人工观测数据（以下简称人工）对比分析有以下几种情况：

3.1 遥测无数据而人工有数据

淇门水文站在2009年4月10日，6月27日，7月2日，7月7日，7月15日，8月26日，9月8日和9月10日；2010年3月22日，3月29日和9月2日两年时间内共计出现过11次遥测无数据而人工有数据，其中最大值为2009年6月27日人工0.5mm，最小数据为2009年8月26日人工0.1mm，遥测数据均为0。出现这种情况的原因为传感器的最小分辨率为0.5mm，当降雨量<0.5mm时，翻斗不翻动也就不会产生信号数据。

3.2 遥测有数据而人工无数据

淇门水文站在2009年6月3日，7月21日，9月和9月21日；2010年3月3日和8月26日两年内共计出现过5次遥测有数据而人工无数据，其中最大值为2010年8月26日遥测1mm，其它4次遥测均为0.5mm。出现这种情况有两种原因：一是人工观测误差。由于降雨量偏少，在0.5mm左右，容易造成人工忽视或者在自记纸上无法显示，以上出现的4次0.5mm遥测数据均属于这种现象；二是前一次的降雨残留在传感器的漏斗中<0.5mm的雨量被累计到下一次显示，2009年8月26日出现的1mm降雨属于这种现象。

3.3 遥测数据小于人工数据

遥测数据小于人工数据的原因有以下3点：第一,人工观测误差；第二，传感器不记录没有超过最小分辨率0.5mm的降雨量，最终导致其蒸发损失；第三，暴雨时由于雨强较大，漏斗翻转频繁，在起翻转的间隙有部分降雨量溢出漏斗，导致这些溢出的降雨量没有被记录，2010年7月18日和9月6日出现过两次这种现象，其中7月18日传感器和人工的最大误差达到11.5mm。

3.4 遥测数据大于人工数据

表1 淇门水文站2009年3月1日—11月1日遥测数据与人工观测数据对比表

遥测数据大于人工数据的原因有以下两点：第一，人工观测误差，2009年9月6日—9月7日，2010年9月8日—9月9日，2010年10月24日—10月25日出现的3次遥测雨量和人工观测雨量不同，均属于人工观测误差；第二，连续降雨的情况下，前一次残留在漏斗中的不超过最小分辨率的那部分雨量被累加到后一次降雨量中，2009年5月9日和2010年10月12日共计出现2次。

根据水利部颁发的《水文自动测报系统规范》（SL61—2003），遥测数据合格标准为：传感器遥测日降雨量≤人工观测日降雨量的±10%，30mm以下两者的误差为±3mm，准确率=合格次数/总次数×100%，准确率≥96%。2009年和2010年统计总次数为113次，合格次数为110次，准确率为97.3%，符合要求。

表2 淇门水文站2010年3月1日—11月1日遥测数据与人工观测数据对比表

4.结语

从以上的对比分析中可以得出以下结论：JDZ05-1型雨量传感器可以省时省力及时准确传输雨量数据，有利于实现水文数据遥测自动化，实用于水文站和无人驻守的遥测雨量站；缺点在于当降雨量小于最小分辨率（0.5mm）时不会被记录，遇到暴雨天气翻斗会导致降雨量额外损失，雨水中的杂质或者周围环境的沙尘淤积在漏斗中会导致传感器数据偏大，传输信息会出现延迟现象，冬季冰雪或者冰雹天气下不可使用等。因此在应用中需要注意以下几个问题：

4.1 经常进行传感器与人工数据对比，及时发现问题及时解决。在应用JDZ05-1型雨量传感器的过程中，尤其是在汛期要经常进行传感器与人工数据的对比分析，这是能发现仪器是否能够正常运行的最可靠途径。

4.2 定期对传感器进行检查维护。由于周围环境中的沙尘和雨水中含有杂质会沉积在漏斗中，这样会导致漏斗在没有达到最小分辨率的降雨量时就会翻转，从而使得记录的数据偏大，还有要经常检查传感器滴嘴，滴针是否有堵塞，发现问题能够及时清理，以便传感器更好的工作。

4.3 经常检查传感器的电源和发射器。传感器记录的数据要通过发射器实现遥测功能，电源电压在12V左右，一般用太阳能板充电。当电压低于10V的时候会出现信息传递不通畅，影响数据的及时传输，为了避免这种情况的发生，要经常测量蓄电池的电压，尤其在连续阴雨天太阳能板不能及时充电，必要时采取人工方式对蓄电池进行充电。