翻斗式遥测雨量计在利辛水文测区的应用探讨

江德武

（安徽省阜阳水文水资源局利辛水文勘测队，安徽 阜阳 236000）

1 概况

利辛水文测区内各乡镇使用的雨量计为JDZ05-1型翻斗式雨量计。该型雨量计被广泛应用于区域遥测采集、雨量数据的自动收集、记录、远传及水文自动测报系统，方便快捷。

1.1 结构

翻斗式雨量计由三大部分组成，即筒身、翻斗构件、底座。筒身由具有规定直径和高度的圆形外壳及承雨口组成，筒身和内部翻斗构件均安装在底座上，底座安装在水平基座上， 安装时器口水平和仪器气泡严密居中。 本测区使用的是分辨力为0.5mm的JDZ05-1型单翻斗雨量计［1］。 其主要组成为：①漏斗部件、②接线架、③翻斗部件、④集水罐、⑤调平螺帽、⑥磁钢、⑦磁敏开关、⑧信号线，如图1。

图1 JDZ05-1型单翻斗雨量计

1.2 工作原理

雨量计通过内设的一组翻斗装置来完成雨量的计量工作，雨量筒身符合雨量计标准要求，承雨口直径为200mm，以及一定的高度要求。 雨量计翻斗是利用机械双稳状态的定位作用， 致使翻斗的倾斜状态只有两种，当雨水流入一侧的翻斗内，雨量达到设定值时， 水的重量使其重心位置发生改变导致翻斗向一侧翻转。 翻斗翻转以后，即被调节螺钉阻住。 此时一侧斗内的雨水被倒出， 另一侧空斗正处于进水漏斗的下方，继续承接雨水进行计量。当此空斗中雨水流入量达到设定的要求值时，翻斗又翻转，这一计量过程连续进行，完成了对连续降雨的计量过程［2］。 干簧管和磁钢相互配合产生信号， 并通过信号线将翻斗的计量信息数据传输到遥测终端机。

2 特点和准确性分析

通过利辛测区翻斗式雨量计的实践， 对其测量的准确性进行了分析， 并对测量数据与人工观测数据进行了长期的对比，对比成果较好，完全满足雨量资料整编规范要求。

2.1 特点

翻斗式遥测雨量计是现代雨量自动测报的首选，具有以下特点：

（1）结构较简单，使用很方便。 翻斗式雨量计是一个全机械结构产品，工作原理直观简单、容易掌握和理解，便于使用、易于推广。

（2）性能优良稳定性好，满足规范要求。 遥测雨量计的要求是根据翻斗雨量计的性能来确定的。 而翻斗雨量计的设计是根据雨量观测要求进行的，因此该款雨量计的各项性能指标均能满足雨量测报规范要求，只需一些简单的维护，该雨量计就能长期的稳定工作。

（3）信号输出较为简单，适合进行数字化与自动化处理。它输出的是触点开关状态，各种自动化设备接收处理较容易。只需通过两根简单的信号接出线，就能远距离传输信息。 这一优势是自动水文监测系统使用的主要原因。

（4）价格低廉，易于维护。基于上述特点，翻斗式雨量计可应用于大多数场合。因结构设计，此类的传感器需要将整个仪器暴露在风雨中， 使翻斗和雨水接触，夹带灰尘的雨水，将给雨量计的正常运行造成影响，或降低降雨的测量精度。在这种环境条件和要求下，应用翻斗雨量计必须仔细地加强维护，并考虑准确度要求。

（5）翻斗雨量计的可靠性较高，如排除风沙、昆虫、尘污的堵塞问题，平均无故障使用时间应可以超过两年。

2.2 准确性

翻斗雨量计出现的计量误差能够通过仪器实际的排出水量进行比较，而实际使用时，是将测得值与真正降水量进行对比。实际的降水量不是均匀的，受风、地形高度，环境等影响［3］。

从原理方面分析翻斗式雨量计误差原因， 误差主要由三方面产生，即最大起始误差、计量误差和器口尺寸误差。

（1）最大起始误差。它由湿润误差和分辨力误差构成，而这两种误差为定值，从而得知最大起始误差。通过测量就可以取得了最大起始误差，即进入翻斗的雨量达到规定量时，翻斗发生翻转时仪器才会开始记录，即为一个仪器的起始时间鉴别阈。 从而获得最大起始误差在一场降雨中的占比，从而取得这种测量的精度。

（2）计量误差。 详见该仪器的工作原理部分。

（3）承雨口尺寸误差。雨量计承雨口尺寸大小影响了仪器的受雨面积， 该误差直接影响了仪器的精度。目前采用的人工观测的雨量器和遥测雨量计的器口尺寸都是标准的200mm口径。 经与同步观测的数据进行对比分析得知该型雨量计产生的误差很小。

3 测区应用情况

利辛水文测区现有阚町、王老人集、王市集、展沟集、望町集、纪伦寨、三里湾、马店、孙庙、胡集镇、刘家集、巩店、张村、孙集、利辛、程家集共16个雨量站点，分布在利辛县各乡镇，均采用JDZ05-1型翻斗式雨量计，使用效果很好，登录阜阳水旱情信息实时监控系统即可上网查看测区的所有站点实时降雨信息，便于获取数据，掌握区域的降水状况，能够及时发现某站点发生故障，便于及时维护。利辛测区通过维护管理，遥测故障率很低，雨量资料完整且精度较高，现在除基本水文站外，其他遥测雨量站点全部取消了人工记载，实现了无人值守，节省了大量的人力资源。经几年测报及整编的验证，其测量的数据完全符合降水量整编规范要求。目前，利辛水文测区已全部采用该型雨量计的数据进行降水量资料整编。

4 测区管理措施

利辛测区每年汛前汛后对测区内的雨量站点各进行一次全面维护，以避免或减少故障的发生，根据降水的气象情况适当增加全面维护的频次， 对易堵和灰尘较大的站点重点关注， 平时采取及时发现及时到现场维护排除故障的管理方式。 在实践中逐渐探索出一套行之有效的管理措施及养护方法。

4.1 雨量计的清洁保养

（1）仪器长期工作在室外环境，应及时清除承雨口内落入的异物， 并对承雨口内的灰尘等脏物使用不脱毛软棉布进行擦洗， 使承雨器内壁长期保持清洁，确保水路畅通［4］。

（2）仪器停用期间，应盖上仪器配套的防护盖对承雨口加以保护。

（3）仪器长期处在工作状态时应在一个月内清理并擦洗一次， 三个月内应在清理时对仪器各过水部件全部清洗一次。

（4） 翻斗的清洗维护， 雨量计的翻斗是关键部件，它对仪器计量是否准确起到重要作用，由于工作在室外环境， 翻斗内壁有尘埃附着， 应定期清洗翻斗。 养护时，用清水和养护专用的细毛刷配合使用，轻轻的将翻斗内壁洗净。

（5） 翻斗的灵活程度检测， 先将翻斗置于水平状态，然后放开翻斗观察其左右翻转是否灵活。若翻转时灵活性较差，则说明翻斗轴承与轴尖处有脏污，这时可取下翻斗，将该处的脏污清洗干净后再安装即可解决。

（6）清洗翻斗时应用清水清洗，不得在宝石轴承中添加润滑剂等［5］。

4.2 雨量计的校准处理

调解方法：①取下筒身。 ②拿掉翻斗，清洗翻斗内脏物。③断开接线板上A、B处的接头。④检查底座气泡居中情况，观察仪器内部有无损坏部件。⑤调节限位螺丝看可有松动，检测仪器水平状况。⑥检测翻斗灵活性，先测翻斗灵活度，查看翻斗轴向与轴承钉有无合适的间隙。 ⑦查看仪器内是否有异物， 清除后，观察排水口通畅情况。

4.3 雨量计的数据传输

雨量计传输系统由RTU 与多种通信模块构成，是利用翻斗处设置的磁性开关的启闭次数来控制的，即启闭一次代表翻一斗，依次计量雨量，再将雨量信息数据贮存于RTU内， 同时经系统向分中心传输数据。 主要出现的故障及处理措施如下：

（1）数据传输不畅通，信号不稳定。 其主要影响因素是站点处信号较差所致， 将站点移至信号强的位置，也可以通过安装大功率天线来解决，然后重启电源检测数据传输状况。

（2）主板供电不足或电池电量耗尽，若出现这种状况会发生不能发送整点数据， 有雨时才能有数据发送，应及时更换模块主板，若经检测确定模块主板正常， 那就是手机模块出现问题不能保证数据的传输，更换手机模块即可。

4.4 雨量计的电源故障

电源发生故障不能正常工作可以登录系统网站找到故障站，可以看到该站电压过程线降幅明显，以阚町闸站为例， 当电压过程线呈现规律性的升降波动说明太阳能板对蓄电池能正常充电， 若电压突降至10V以下，说明已出现充电问题，应更换蓄电池。为保证正常充电，应检查太阳能板和蓄电池，检查中应更换老化元件。一般情况下，若站点的太阳能板出现故障，应将太阳能板和蓄电池同时更换，电压过低的蓄电池不能正常充电时， 应对被换的蓄电池进行检测或激活，确定正常后才能使用。

5 结语

通过对翻斗式遥测雨量计在利辛水文测区的实践情况的分析，阐述了该雨量计的特点、各种维护措施及管理方法，探讨了该型雨量计的维护措施及其重要意义， 实践表明只要掌握仪器的各项性能指标，形成一套行之有效的管理办法， 就能使该仪器正常运行。利辛测区通过较好的维护管理不仅取得了完整的雨量资料，且所获资料精度明显提高，还节省了大量的人力资源，为测区雨量巡测提供了较好的管理经验。