杜红娟1，2， 开锋1，2
1.水利部南京水利水文自动化研究所，江苏 南京，210012；2.水利部水文水资源监控工程技术研究中心，江苏 南京，210012
摘要：本文通过对现场12个翻斗式雨量计按照不同雨强进行现场校准，并对其误差进行分析，找出引起误差的原因并进行处理，系统地阐述了翻斗式雨量计的原理结构、现场校准及维护经验，为翻斗式雨量计精确监测降水量提供参考方案，为防灾减灾、水文气象服务决策提供依据。
关键词：雨量计 雨量校准 维护
The station calibration and maintenance of bucket rain gauges
DU Hong juan1，2， KaiFeng1，2
（1. Nanjing Automation Institute of Water Conservancy and Hydrology, Nanjing 210012,China；2.Hydrology and water Resources Engineering Research Center for Monitoring, the Ministry of Water Resources, Nanjing 210012,China）
Abstract：In the paper, it based on the stations calibration of 12 bucket rain gauges according to different rain intensity, analyzed the error, found out the causes of the error and dealed with it, systematically introduces the principle and the structure, the station calibration and maintenance experience of bucket rain gauges, so as to provide reference scheme for accurate monitoring of precipitation of bucket rain gauges, and provides reference for disaster prevention and mitigation and hydrometeorological services .
Key words：rain gauge，rainfall detection，maintenance
0.前言
降水是一项重要的水文气象参数，准确、实时地监测雨量和雨强对于水文、气象、海洋、环境、航空、铁路交通的安全都具有重要的意义。由于翻斗式雨量计是将降水量转换为开关信息量输出，可以实现信息传输、处理、记录和显示，在水文气象行业应用最为广泛。雨量计长期在户外工作，经过长期的运行，其监
测精度会发生变化，因此保证翻斗式雨量计的准确性显得尤为重要。要保证雨量计正常运行、数据准确，就要对其进行定期校准和维护。目前对于翻斗式雨量计现场校准一般用人工注水校准，利用标准容器或者精度较高的翻斗式雨量计，或用手工方法通过量杯模拟雨强进行校准，整个过程工作效率低，而且易造成人为误差[1]，本次校准利用PGC10移动式雨量计校准仪对不同测验环境的翻斗式雨量计进行现场校准，分析校准过程中的注意事项和误差，为翻斗式雨量计的准确监测雨量提供参考。
1.翻斗式雨量计原理及结构
翻斗式雨量计由承水器、防虫网、翻斗部件、外筒等构成，其中翻斗部件是核心起计量作用，工作原理为：雨水由最上端的承水口进入承水器，落入接水漏斗，经漏斗口流入翻斗，当积水量达到一定高度（比如0.5mm）时，翻斗失去平衡翻倒。而每一次翻斗倾倒，都使开关接通电路，产生一个脉冲信号，RTU（远程遥控终端）记录下脉冲信号，如此往复即可将降雨过程测量下来[2]。
2.翻斗式雨量计现场校准与误差分析
2.1现场校准
根据《降水量观测规范》（SL21-2015）规定，降水量观测应设置地面观测场，当地面观测场环境不符合要求时，可设置杆式观测场，特殊情况下，专用雨量站可设置房顶观测场[3]。根据此规范，雨量计有地面观测、屋顶观测和杆式观测三种类型，本次研究选择平原区5个站（2个地面观测、3个杆式观测），山区7个站（2个杆式观测、5个屋顶观测），分别对其进行现场校准。
现场校准装备利用国家重点研发计划项目《江河湖库水文要素在线监测技术与装备》（项目编号：2017YFC0405700）研制的PGC10移动式雨量计校准仪，PGC10移动式雨量计校准仪是一体化便携式全自动雨量校准仪，主要由机箱、控制单元、水量计量单元、液晶显示器等组成(见图1)，设备由内置12v-20Ah锂电池供电，电量充满后，理论上可供设备连续工作8小时[4]。
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PGC10移动式雨量计校准仪依据以上公式，由控制单元模拟一定的雨强，向雨量计内注水；当采集到的理论降雨量达到10mm时，停止注水。因此，根据实际注水量以及雨量计的计量水量，就可以计算出被检雨量计的计量误差。
翻斗式雨量计校准之前要先对其进行检测，翻斗式雨量计主要检测以下内容：(1) 先断开雨量计与RTU（远程遥测终端）的联系，校准完成后，再重新接入；（2）取下翻斗雨量计的外筒检查水平气泡是否居中,翻斗是否翻转灵活、无卡滞现象；(3)对翻斗雨量计进行清洗,检查水流是否畅通,用清水对引水漏斗﹑翻斗进行充分润湿；（4）检查干簧管与磁铁的相对位置是否正确，并用万用表测量通断信号。
PGC10移动式雨量计校准仪使用前的准备工作：（1）将校准仪放在平坦的地方，观察内部称重传感器上圆水泡位置是否居中，如果不居中，调节箱体底部四个调平脚进行调平；（2）取出乳胶管支架杆将小头从外侧穿过设备箱上盖右端锁孔，将两只管导向片上孔分别穿过支架杆(参见图1)；（3）将经过泵头的右侧的乳胶管分别穿过上面已经安装好的两只管导向片下端孔，调整导向片位置约距盆底15mm,并保证: 1）乳胶管放入到储水盆水中，但不碰到储水盆底部和内侧面;2）乳胶管不触碰到托盘及储水盆外侧。（4）连接雨量信号，将校准仪雨量信号线连接到翻斗式雨量计输出接线端子处，另一端航空插头插到机箱面板“雨量信号”接口处。（5）连接专用输出水管:水管一端插入设备箱下底外左后方“出水口”接口处，另一端通过配置的专用卡座将其固定于雨量计承雨器上方。（6）接通电源；（7）准备检定用水:储水盆内装入适量清洁的水，将其平稳地置于称重传感器的托盘之上。
在移动式雨量校准仪显示屏上设定技术参数和模拟降雨强度,开始检测，模拟降雨强度有0.4mm/min、2.0mm/min和4.0mm/min,对每种降雨强度分别校准3次，校准完成后自动计算相对误差，如果3次相对误差平均值小于±4%，则判定翻斗式雨量计雨量监测符合要求，否则要对被校准的翻斗雨量计重新进行调整，找出引起误差的原因，调整好后再进行大中小雨强的校准。
2.2误差分析及处理
通过对现场12个水文站翻斗式雨量计的校准，大部分翻斗式雨量计的相对误差平均值小于±4%，个别测站不满足监测要求，造成误差的原因一般是维护保养不及时或干簧管故障，对其进行维护后，校准误差均能小于±4%。
因此对翻斗式雨量计要定时用干净的脱脂毛笔刷洗然后清水冲洗。干簧管引起的误差要有专业技术人员调整干簧管位置，调整干簧管与磁铁之间的距离，非专业人员不得随意调整干簧管。
3.翻斗雨量计维护
通过现场校准发现引起翻斗雨量计监测误差的主要原因是承雨器、防虫网、漏斗等部件堵塞，因此对翻斗雨量计进行日常维护对于雨量的准确监测至关重要。翻斗雨量计日常维护主要包括日常清洗维护、定期校准及检查。
3.1日常清洗维护及注意事项
(1)经常保持雨量传感器清洁,每次巡视时应注意清除承雨器内的昆虫、尘土、树叶等杂物，保证水道畅通。
(2)风沙较大的地区，雨量传感器使用一段时间后，翻斗内可能会沉积泥沙，应定期清淤;可用干净的脱脂毛笔刷洗，必要时可加入适量洗涤剂，然后用清水冲洗干净。维护过程中不可直接用手触摸翻斗内壁。
(3）避免碰撞承雨器的器口，严防器口产生变形。
(4）严禁往轴承孔内注油、脂或其它所谓润滑材料。
(5)严禁随意调整翻斗下方的调斗螺钉。该项调整直接影响计量精度，它要求调校人员具有较高的技能水平、熟练程度，还需要具备相应的检测手段。
(6）长期不使用时建议移至室内，或就地盖上筒盖。
（7）对雨量传感器的清洗维护、调试、校准应选在晴好无雨日进行，以免记录失真。
3.2定期校准及检查
为了保证翻斗式雨量计监测雨量的准确性，应定期对其进行校准和检查，校准工作要严格按照校准仪的使用流程操作，主要检查如下内容：
(1)定期检查雨量传感器的器身是否稳定、器口是否水平，发现不符合相关规范要求时应及时纠正。
(2）定期检查翻斗翻转的灵活性。若发现有阻滞感，应检查翻斗轴向工作游隙是否正常、轴承副是否有微小的沉沙、翻斗轴是否变形或磨损，并及时采取有效的措施。
(3)每次巡视时应检查工作平台是否水平，圆水泡是否处于中间位置。
4结束语
翻斗式雨量计的监测精度直接影响降水资料的质量，为使量值传递准确、可靠、统一,必须对雨量计定期进行校准及维护，最大限度地提高降水数据的精度,为防灾减灾、水文气象服务提供决策依据。
参考文献：[1] 袁安富,成佳慧,凌惇云.基于TMS320F2812的雨量计校准仪设计[J].测控技术,2012，31（6）:10-14
[2]孙雷.翻斗式雨量计误差影响因素分析[J].吉林水利,2015（11）:41-43
[3]朱晓原,刘建新,刘铁等.（SL21-2015）降水量观测规范[S]，北京.中国水利水电出版社，2015。
[4] PGC10型移动式雨量计校准仪使用说明书[Z]