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翻斗式雨量计与磁致伸缩液位式雨量计比测分析

2022-01-14黄乐琦冯国华

广西水利水电 2021年6期
关键词:雨量计斗式浮子

黄乐琦,冯国华

(1.广西沿海水文中心东兴水文中心站,广西 东兴 538000;2.北京金水燕禹科技有限公司,北京 100000)

1 仪器原理及工作方法

1.1 JDZ05-1型翻斗式雨量计

JDZ05-1型翻斗式雨量计由承雨器部件和计量部件等组成。雨水由最上端的承雨口进入承水器,落入引水漏斗,经漏斗口流入翻斗,当翻斗内的水量达到15.71 g(或mL)时,翻斗失去平衡翻倒将水倒出,随着降雨持续,将使翻斗左右翻转,接触开关将翻斗翻转次数变成电信号,送到记录器,在累积计数器和自记钟上读出降水资料,如此往复即可将降雨过程测量下来。

主要技术指标:承雨口内径为Φ200 mm;仪器分辨率为0.5 mm;降雨强度测量范围为0.01~4 mm/min;翻斗计量误差为≤±4%;输出信号方式为磁钢-干簧管式接点开关通断信号;接点工作次数为1×107次;工作环境温度范围为-10℃~+50℃。

1.2 HY.JFZ-03型磁致伸缩液位式雨量计

HY.JFZ-03型磁致伸缩液位式雨量计是专门为蒸发系统配套设计。雨量计在测量时,电路单元产生电流脉冲,该脉冲沿着磁致伸缩线向下传输,并产生一个环形的磁场,探测杆外配有浮子,浮子沿探测杆随液位的变化而上下移动。由于浮子内装有一组永磁铁,所以浮子同时产生一个磁场,当电流磁场与浮子磁场相遇时,产生一个“扭曲”脉冲,或称“返回”脉冲。将“返回”脉冲与电流脉冲的时间差转换成脉冲信号,从而计算出浮子的实际位置,测得液位,通过液位的变化计算得出雨量多少。

主要技术指标:承雨口内径为Φ200 mm;雨量测量分辨率为0.015 mm;雨量测量精度为≤±0.1 mm;雨强测量范围为0~17 mm/min;自动控制功能有自动补水和自动排水;通信距离为RTU无线传输;电源电压为12VDC(±15%),不允许采用市电降压供电,防止雷电损坏;太阳能电池系统为12 V/DC 105A/h,与蒸发器共用电瓶;环境温度范围为0℃~+55℃;储存温度范围为-10℃~+60℃。

2 对比分析

2.1 测站基本情况

东兴水文站观测场有3个雨量计,分别为JDZ05-1型翻斗式雨量计、HY.JFZ-03型磁致伸缩液位式雨量计与人工雨量计,3个雨量计安装成一列,雨量计间距为2 m。

2.2 资料的选用与要求

采用2020年东兴水文站全年雨量进行统计分析,数据分析中发现两种自记雨量计雨量值相差过大的,同时参考人工观测雨量值。试验过程中,两种自记雨量计都有发生故障,有些故障未能及时排除,导致数据不可信,对于故障期间的数据不予以采用。

2.3 资料分析

东兴水文站整编数据采用JDZ05-1型翻斗式雨量计自记值,按《降水量观测规范》(SL 21-2015)中关于测量精度的要求,用该型号的雨量值作为测量真值,HY.JFZ-03型磁致伸缩液位式雨量计雨量值为测量值,用相对误差来评价资料的合格率,计算公式为:

式中:δ为相对误差,%;WH为HY.JFZ-03型磁致伸缩液位式雨量计记录的雨量;WJ为JDZ05-1型翻斗式雨量计记录的雨量。相对误差δ在±4%范围内为合格[1]。

2.3.1 月降雨量分析

对2020年月降雨量进行分析,12个月降雨测量值均为有效值,有效样本12个,相对误差在±4%范围内的有11个,样本合格率达91.67%。2020年两种雨量计月降雨测量误差分析见表1。

表1 两种雨量计月降雨测量误差分析

2.3.2 不同雨量级降雨量分析

对2020年不同雨量级降雨总量进行分析,分为3类:小雨(24 h降雨量小于10 mm),中到大雨(24 h降雨量10~50 mm),暴雨及以上(24 h降雨量大于50 mm)。不同降雨量级两种雨量计测量误差分析见表2。由表2可以看出,小雨样本数最多,中到大雨次之,暴雨及以上最少,3个总量相对误差都在±4%范围内,合格率达100%。

表2 不同降雨量级两种雨量计测量误差分析

2.3.3 日降雨量分析

对两种雨量计自记的日降雨量进行线性分析(见图1),得到其线性回归方式为y=0.9 759x+0.0 408,相关系数R2为0.9 984,表明两者拟合度高、相关性好。

图1 两种雨量计日降雨量线性分析

3 结语

本文对两种自记雨量计2020年记录的雨量值进行分析,结果表明:两种雨量计降雨测量值拟合度高、相关性好,相对误差在允许误差范围内;HY.JFZ-03型磁致伸缩液位式雨量计分辨率较高,记录的雨量总值比JDZ05-1型翻斗式雨量计记录的雨量总值大,更能反映实际的降雨过程。

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