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    淮河流域豫東地區(qū)雨雪量計應(yīng)用研究

    2023-01-31 11:32:36
    治淮 2023年1期
    關(guān)鍵詞:融雪雨雪降雪

    周 珂

    (河南省商丘水文水資源勘測局 商丘 476000)

    以現(xiàn)代化理念為引領(lǐng),以先進技術(shù)手段和儀器設(shè)備推廣應(yīng)用為重點,以增強水文測報和信息服務(wù)能力為目標(biāo),加快推進和指導(dǎo)水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備配置和應(yīng)用,《水利部水文司關(guān)于征求水文現(xiàn)代化建設(shè)技術(shù)裝備有關(guān)要求(征求意見稿)意見的函》要求,降水量、水位(含地下水)、水溫、水面蒸發(fā)量、土壤墑情監(jiān)測等具備條件的應(yīng)全部采用在線自動監(jiān)測,故近年來,豫東地區(qū)雨雪量計安裝使用較為廣泛,主要分為翻斗融雪式雨雪量計和稱重式雨雪量計兩類。

    1 工作原理

    1.1 翻斗融雪式雨雪量計

    目前國際上比較成熟的主要有電加熱式、不凍液式、燃?xì)饧訜崾饺N,根據(jù)當(dāng)?shù)貙嶋H情況,豫東地區(qū)采用的是電加熱式,該類型工作原理是將電能轉(zhuǎn)換為熱能將雪融化,由融雪裝置、雨量傳感器、記錄器三部分組成,其中記錄器可置于室內(nèi)。融雪裝置為核心部件,加熱元件為管狀或板狀,分兩組安裝在傳感器桶身內(nèi)側(cè)和底座上。桶身內(nèi)有隔熱保溫材料襯墊,以防從桶身部散熱。除了加熱元件外,融雪裝置中還設(shè)置有溫控器用于檢測固態(tài)降水,一旦達到設(shè)定溫度時,就接通主加熱元件進行加熱,以提供集水漏斗內(nèi)固態(tài)降水融化所需的熱量。

    1.2 稱重式雨雪量計

    稱重式雨雪量計利用電子秤稱出容器內(nèi)收集的降水重量,將儲水器連同其中積存的降水的總重量作連續(xù)記錄,收集到的數(shù)據(jù)采用濾波算法,消除誤差因子引起的波動,最終得到真正的降水變化量。一般電子秤可以分辨0.1g 的重量,因此采用稱重式雨量傳感器可以達到較高的精度。

    2 工作特點

    2.1 翻斗融雪式雨雪量計

    翻斗融雪式雨雪量計能夠準(zhǔn)確判讀出降水的類別,但組成部件較多,安裝較復(fù)雜,占地面積也比較大;固態(tài)降水需要通過電能加熱融化后才能監(jiān)測,在此過程中蒸發(fā)是產(chǎn)生誤差的主要原因,加熱溫度越高,加熱時間越長,蒸發(fā)量越大,監(jiān)測結(jié)果的誤差也就越大,所以通過實驗測試,找到最佳的加熱溫度,把蒸發(fā)造成的誤差控制在規(guī)范要求之內(nèi)是此類雨雪量計的難點。此外設(shè)備的供電問題也是設(shè)備安裝的重中之重,受其監(jiān)測特點影響,采用交流供電是不現(xiàn)實的,所以加熱一般采用直流蓄電池供電,但在溫度低且降雪量比較大的地區(qū),或者碰到連續(xù)降雪,就會出現(xiàn)供電不足的現(xiàn)象,大大制約了該設(shè)備的使用。

    2.2 稱重式雨雪量計

    稱重式雨雪量計采用了標(biāo)準(zhǔn)件設(shè)計、模塊化的零部件及鑄造件,可靠、無需維護、成本低,不受氣候的影響,適合在環(huán)境嚴(yán)苛的地域進行全天候的降雨、降雪觀測,可以測量液態(tài)、固態(tài)以及固液混合狀態(tài)的雨雪量;構(gòu)成部件較少,安裝簡便,占地面積小,一般太陽能板和蓄電池即可滿足日常監(jiān)測需要,對于蒸發(fā)帶來的誤差可以通過添加蒸發(fā)抑制劑進行消除,便于實現(xiàn)。但其也有缺點,易受周圍環(huán)境的影響,例如靠近馬路,車輛行駛引起的震動會使測量到的數(shù)據(jù)發(fā)生跳變;當(dāng)有灰塵、昆蟲等其他物質(zhì)落入桶內(nèi)時,設(shè)備不能分辨重量變化的原因,也會對測量的精度產(chǎn)生影響,導(dǎo)致誤差的產(chǎn)生。

    3 數(shù)據(jù)對比

    3.1 降雪日數(shù)據(jù)對比

    挑選近年部分典型降雪日進行對比,包含大、中、小雪三種強度,通過統(tǒng)計分析兩種設(shè)備及人工記錄的降雪日數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)稱重式雨雪量計數(shù)據(jù)與人工觀測記錄較為接近,誤差較小,均小于2%,降水日數(shù)符合實際;而翻斗融雪式雨雪量計誤差較大,最大誤差達到45.9%,并且因大雪時熱能不足,融雪不及時,造成降雪日后連續(xù)2~3 天依然有數(shù)據(jù)記錄,見圖1。

    圖1 降雪期間監(jiān)測結(jié)果對比圖

    3.2 降水日數(shù)據(jù)對比

    挑選近年部分典型降雨日進行對比,包含大、中、小雨三種強度,經(jīng)過對比分析,兩種雨雪量計數(shù)據(jù)與人工觀測記錄總體較為接近,誤差較小,降水日數(shù)符合實際;其中翻斗融雪式雨雪量計在雨強比較大時出現(xiàn)一次誤差超過10%的情況,考慮為承雨器口較小,降水溢出導(dǎo)致,見圖2。

    圖2 降水期間監(jiān)測結(jié)果對比圖

    4 結(jié)論

    兩種雨雪量計在降雨情況下,數(shù)據(jù)誤差在允許范圍內(nèi),能夠滿足使用要求;在降雪情況下,稱重式雨雪量計表現(xiàn)較好,翻斗融雪式雨雪量計誤差相對較大,存在大雪時熱能不足,融雪不及時,造成降雪日后連續(xù)2~3 天依然有數(shù)據(jù)記錄的情況。

    兩種設(shè)備各有優(yōu)缺點,適宜使用的環(huán)境也不同。翻斗融雪式雨雪量計可適用于精度要求不是很高的站點,在解決設(shè)備供電問題的情況下,基本上可以滿足要求,其在降水類型的判斷上比較準(zhǔn)確;稱重式雨雪量計雖精度很高,但是數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性易受周圍環(huán)境的影響,所以對安裝地點的環(huán)境條件要求較高。要深入了解設(shè)備的特點,針對站點的各種因素進行評估,選擇更適合這個站點的儀器設(shè)備,通過雨雪測量的自動化,在減少觀測人員工作量的同時,為防汛抗旱等方面提供更可靠的技術(shù)支撐■

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