CN109633788A - 双筒式雨雪量测量方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种双筒式雨雪量测量方法及装置,采用测量筒A和测量筒B配合测量,测量筒A包括一个保护筒,保护筒上部为接雨器,在接雨器之下设置一个雨量筒,雨量筒上部嵌套在保护桶内壁和接雨器外壁之间,并相互不接触;雨量筒下部为漏斗和排水管,雨量筒放置在第一称重器上,第一称重器安装在基座上;测量筒B和测量筒A具有完全相同的保护筒和接雨器,测量筒B的保护筒内分别设置有翻斗或称重降水量监测机构,另外,测量筒B和测量筒A的保护桶内部均设置有加热装置,在保护桶内温度低于0度时,使保护筒内温度保持在0度,避免保护筒内部机件结冰,同时又不能影响雨量筒自然融雪过程。本发明能够开展降雨量、降雪量同步观测,提高测量的准确性。
Description
技术领域:
本发明涉及一种降水量观测技术,特别是涉及一种双筒式雨雪量测量方法及装置。
背景技术:
在自然状态下,降水量包括雨、雪、雹等,雨、雪是最常见的降水方式,因此既能精确观测降雨,又能精确观测降雪的装置对降水观测十分重要。
目前,只能观测降雨的装置已经十分成熟,而既能观测降雨又能观测降雪的装置还没有得到广泛应用。这是应为这些装置都有自身的缺点。单纯称重的雨雪雨量计,没有排水装置,长期监测累计降水量,不仅蒸发对观测精度会造成影响,而且需要人工干预排水。融雪翻斗雨雪量计,也有缺点,一是加热起始时间难于判断,造成时间延迟,降水量不准;二是存在不均匀加热情况,在寒冷温度条件下,积雪不能完全融化,造成测量误差;三是加热温度难于控制,过高则造成雨量筒形成气柱,影响雪花落入桶内,造成监测误差,或者加热温度低,降雪不能及时融化;四是融雪翻斗雨量计对雨量筒直接加热会造成蒸发加大,增加了监测误差。
另外,称重雨雪量计和加热融雪翻斗雨雪量计,均不能开展自然条件下融雪过程的监测。
发明内容:
本发明所要解决的技术问题是:克服现有技术的不足,提供一种设计合理、能够完成降雨、雨雪混合降水、降雪以及自然融雪过程监测,满足测量精度要求的双筒式雨雪量测量方法及装置。
本发明的技术方案是:
一种双筒式雨雪量测量方法,包括以下步骤:
a、首先设置测量筒A,测量筒A包括一个保护筒,保护筒上部为接雨器,在接雨器之下设置一个雨量筒,雨量筒上部嵌套在保护桶内壁和接雨器外壁之间,并相互不接触;雨量筒下部为漏斗和排水管,雨量筒放置在第一称重器上,第一称重器安装在基座上;
b、然后设置测量筒B,测量筒B和测量筒A具有完全相同的保护筒和接雨器,测量筒B采用翻斗或称重监测降水量,采用翻斗监测降水量时,雨量筒通过支腿安装在基座,在排水管之下安装翻斗装置,翻斗装置安装在基座上,并与排水管不接触;采用称重监测降水量时,雨量筒安装在支架上,支架设置支腿安装在基座上,在雨量筒下部设置一个缓存漏斗和出水管、电磁阀,缓存漏斗安装在支架上,在缓存漏斗出水管之下设置测量水桶,缓存漏斗排水管伸入测量水桶内部,但与测量水桶不接触,测量水桶下部一侧设置弃水管,弃水管上安装电磁阀,测量水桶放置在第二称重器上,第二称重器安装在基座上;
c、测量筒B和测量筒A的保护桶内部均设置有加热装置,称重器、加热装置分别与控制器相连,实现通讯与控制,在保护桶内温度低于0度时,通过加热装置使保护筒内温度保持在0度,避免保护筒内部机件结冰,同时又不能影响雨量筒自然融雪过程;
d、当出现降雨时,测量筒B通过翻斗或者称重器实时监测降雨量或测量水桶重量的变化量,从而得到时段雨量和日雨量;当出现雨雪混合降水或者降雪时,测量筒A监测雨量筒中积雪重量变化量,测量筒B测计融雪量,据此计算时段降水量或者日降水量;当测量筒B采用称重器监测时,测量水桶中水量达到额定值Q克时,控制器发出指令,电磁阀打开排水,排水完毕关闭电磁阀,再次称重,完成计量。
设观测时段长为△t,时段总数为k,j为时段数,j取值为1,…, k;
(1) 测量筒A:
变量设定,j时段末雨量筒重量为Wj;j时段末和时段初雨量筒称重重量差转化为降水深为△Wj,那么:
△Wj=10(Wj-Wj-1)/314.15926
(2)测量筒B采用翻斗装置计量时:
设, j时段末累计降雨量或融雪量为Pj,j时段降雨量或融雪量为PPj,那么:
PPj=Pj-Pj-1
其中,P0=0
(3)测量筒B采用称重法计量时:
每个时段末测量水桶重量为Wj;从开始时至j时段末测量水桶增水量转化为降雨深为Pj,j时段测量水桶增水量转化为降雨深为PPj;从开始时至j时段末排水次数为i,日排水总次数为n,第i次排水前水桶重量W1i,排水后测量水桶重量为W2i,测量水桶日增水量转化为降雨量为P, j时段末累计排水总量WWi,则:
WWi=∑(W1i -W2i), i=0,1,…,n
每日开始时,在控制器自动设置排水次数i=0,出现排水时i= i+1;当排水次数为0时,WWi=0;当排水次数大于0时,计算WWi,则:
Pj=10[(WWi+ Wj) – W0]/314.15926
PPj= Pj - Pj-1
P=10(WWn +Wk-W0) /314.15926
(4)降水量计算:
1)当△Wj>0时,△Wj+ PPj即为△T时段内降水量,PPj为融雪量;
2)当△Wj<0时,△Wj+ PPj =0,则降水量为0,PPj为时段内的融雪量;△Wj+ PPj >0,△Wj+ PPj即为△T时段内降水量,PPj为融雪量;
3)当△Wj=0时,PPj >0,则PPj为时段降雨量;PPj =0,则时段内降水量为0。
加热装置包括加热片和温度传感器,加热片通过温控开关与电源连接,温度传感器与控制器连接;在不测定自然融雪量情况下,提高保护筒内温度,比如设置为1或2度,不会影响降水量监测精度。
一种双筒式雨雪量测量装置,采用测量筒A和测量筒B配合监测降水量,其中,所述测量筒A包括一个保护筒,所述保护筒上部为接雨器,所述接雨器之下设置一个雨量筒,所述雨量筒上部嵌套在所述保护桶内壁和所述接雨器外壁之间,并相互不接触;所述雨量筒下部为漏斗和排水管,所述雨量筒放置在第一称重器上,所述第一称重器安装在基座上;所述测量筒B和测量筒A具有完全相同的所述保护筒和所述接雨器,所述测量筒B采用翻斗或称重监测降水量,采用翻斗监测降水量时,所述雨量筒通过支腿安装在所述基座,所述排水管之下安装翻斗装置,所述翻斗装置安装在所述基座上,并与所述排水管不接触;采用称重监测降水量时,所述雨量筒安装在支架上,所述支架设置支腿安装在所述基座上,所述雨量筒下部设置一个缓存漏斗和出水管、电磁阀,所述缓存漏斗安装在所述支架上,所述缓存漏斗出水管之下设置测量水桶,所述缓存漏斗排水管伸入所述测量水桶内部,但与所述测量水桶不接触,所述测量水桶下部一侧设置弃水管,所述弃水管上安装电磁阀,所述测量水桶放置在第二称重器上,所述第二称重器安装在所述基座上;所述测量筒B和测量筒A的保护桶内部均设置有加热装置,称重器、加热装置分别与控制器相连,实现通讯与控制,在保护桶内温度低于0度时,通过加热装置使保护筒内温度保持在0度,避免保护筒内部机件结冰,同时又不能影响雨量筒自然融雪过程。
所述加热装置包括加热片和温度传感器,加热片通过温控开关与电源连接,温度传感器与控制器连接。所述测量筒B采用称重监测降水量时,测量水桶下部设置弃水管,所述弃水管上安装电磁阀,当测量水桶中水量达到额定值Q克时,实现自动排水。
本发明的有益效果是:
1、本发明能够满足《降水量观测规范》》的要求;能够开展降雨量、降雪量同步观测,不会出现延时;避免现有称重式雨雪量计、加热融雪翻斗雨雪量计的缺点和不足,可以有效提高观测精度。
2、本发明对环境因素要求低,通过对翻斗室温度控制,能够适用于-30至60度气温,增强了实用性、可靠性;能够开展自然融雪过程的计量,填补了现有雨雪量计的监测空白。
3、本发明接雨器位于雨量筒的上方且二者不接触,能够保证雨量筒的称重精确性,并且,接雨器的下端伸入雨量筒中,能够保证雨雪全部进入雨量筒,提高测量的准确性。
4、本发明保护筒的下端通过固定螺栓固定在地面或底板上,防止雨量筒和漏斗装置受到外界自然条件的影响,提高测量精度。
5、本发明能够避免称重式雨雪量计、加热融雪翻斗雨雪量计的缺点和不足,可以有效提高观测精度;方法简单易行,便于推广,实用性强,具有较高的经济效益和社会效益。
附图说明:
图1为双筒式雨雪量测量装置的测量筒A的结构示意图;
图2为双筒式雨雪量测量装置的测量筒B采用翻斗计量时的结构示意图;
图3为双筒式雨雪量测量装置的测量筒B采用称重计量时的结构示意图。
具体实施方式:
实施例:参见图1-图3,图中,1-接雨器,2-雨量筒,3-排水管,4-第一称重器,5-保护筒,6-漏斗,7-加热装置,8-基座,9-雨量筒支腿,10-翻斗装置,11-支架,12-缓存漏斗,13-漏斗支架,14-测量水桶,15-支腿,16-弃水管,17-电磁阀,18-第二称重器。
双筒式雨雪量测量的原理与方法:
1、雨雪传感装置:
本设计共有两套方案,每套方案均有两个装置组成。首先设置降水量监测的测量筒A和测量筒B,两个装置材质和外部尺寸完全相同,其中测量筒A必须是采用称重法监测降水量,测量筒B可以采用翻斗或称重监测降水量,从而形成两套方案。装置外部设置一相同的保护筒5,保护筒5安装在基座8上。对于测量筒A(两个方案相同,见图1),保护筒5上部为接雨器1,接雨器1内径为200毫米,在接雨器1之下设置一个雨量筒2,雨量筒2上部嵌套在保护桶5内壁和接雨器1外壁之间,并相互不接触。雨量筒2下部为漏斗6和排水管3,雨量筒2放置在第一称重器4上,第一称重器4安装在基座8上。在保护桶5内部设置加热装置7。第一称重器4和加热装置与控制器相连,实现通讯与控制。
对于测量筒B之翻斗监测装置,见图2。雨量筒2通过雨量筒支腿9安装在基座8上。在排水管3之下安装翻斗装置10,并与排水管3不接触,翻斗装置10安装在基座8上。在保护桶5内部设置加热装置7。加热装置、翻斗装置的传感器与控制器相连,实现通讯与控制。
对于测量筒B之称重监测装置见图3。雨量筒2安装在支架11上,支架11设置支腿15安装在基座8上。在雨量筒2下部设置一个缓存漏斗12和出水管、电磁阀20,缓存漏斗12安装在漏斗支架13上,在缓存漏斗出水管之下设置测量水桶14,缓存漏斗排水管伸入测量水桶14内部,但与测量水桶14不接触,测量水桶14下部一侧设置弃水管16,弃水管16上安装电磁阀。测量水桶14放置在第二称重器18上,第二称重器18安装在基座8上。在保护桶5内部设置加热装置7。第二称重器4和加热装置与控制器相连,实现通讯与控制。
在保护桶5内温度低于0度时,通过加热装置7使保护筒5内温度保持在0度,避免保护筒5内部机件结冰,同时又不能影响雨量筒自然融雪过程。在不测定自然融雪量情况下,可以适当提高保护筒5内温度(比如设置为1或2度),不会影响降水量监测精度。
2、称重器:
对于标准口径(200mm)的雨量筒2,降水为1毫米时,降水重量为31.416克;降水为0.5毫米时,其降水重量为15.708克;降水为0.2毫米时,其降水重量为6.283克;降水为0.1毫米时,其降水重量为3.142克。因此,根据不同降水监测精度要求,选择不同分辨率的称重器(包括第一称重器4和第二称重器18),就可以满足监测精度的需要。
3、雨量筒2装置要求:
雨量筒2的作用主要存储固体降水,不同区域气候特点不同,冬季时间长短不同,需要设置不同尺寸的雨量筒2适应不同气候区域的降雪监测需要。因此可以设置筒深为300mm、400mm、500mm等不同的规格,形成系列设备型号,适应于不同气候区域。
4、原理:
当出现降雨时,测量筒B通过翻斗或者称重器实时监测降雨量或测量水桶14重量的变化量,从而得到时段雨量和日雨量。当出现雨雪混合降水或者降雪时,测量筒A测计雨量筒中积雪重量变化量,测量筒B测计融雪量,据此计算时段降水量或者日降水量。当测量筒B采用称重器监测时,测量水桶中水量达到Q克时(可在控制器中设置该参数,如3000克等),控制器发出指令,电磁阀打开排水,排水完毕关闭电磁阀,再次称重。
5、降水量计算方法:
根据水文相关规范规定,从当日8时开始到第二日8时为一个水文日,降雨量采用等时段观测。设,观测时段长为△t,时段总数为k,j为时段数,j取值为1,…, k。
(1) 测量筒A:
变量设定,j时段末雨量筒重量为Wj;j时段末和时段初雨量筒称重重量差转化为降水深为△Wj,那么:
△Wj=10(Wj-Wj-1)/314.15926
(4)测量筒B采用翻斗装置计量时:
设, j时段末累计降雨量或融雪量为Pj,j时段降雨量或融雪量为PPj。那么:
PPj=Pj-Pj-1
其中,P0=0
(5)测量筒B采用称重法计量时:
j时段末测量水桶重量为Wj;从8时至j时段末测量水桶增水量转化为降雨深为Pj,j时段测量水桶增水量转化为降雨深为PPj;从当日8时至j时段末排水次数为i,日排水总次数为n,第i次排水前水桶重量W1i,排水后测量水桶重量为W2i,测量水桶日增水量转化为降雨量为P, j时段末累计排水总量WWi,则:
WWi=∑(W1i -W2i), i=0,1,…,n
每日8时,在控制器自动设置排水次数i=0,出现排水时i= i+1;当排水次数为0时,WWi=0; 当排水次数大于0时,计算WWi。则:
Pj=10[(WWi+ Wj) – W0]/314.15926
PPj= Pj - Pj-1
P=10(WWn +Wk-W0) /314.15926
(4)降水量计算:
1)当△Wj>0时,△Wj+ PPj即为△T时段内降水量,PPj为融雪量。
2)当△Wj<0时,△Wj+ PPj =0,则降水量为0,PPj为时段内的融雪量;△Wj+ PPj >0,△Wj+ PPj即为△T时段内降水量,PPj为融雪量。
3)当△Wj=0时,PPj >0,则PPj为时段降雨量;PPj =0,则时段内降水量为0。
以上降雨量、降水量或者融雪量单位为mm,保留1位小数;称重量单位为克,保留1位小数。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (6)
1.一种双筒式雨雪量测量方法,包括以下步骤:
a、首先设置测量筒A,测量筒A包括一个保护筒,保护筒上部为接雨器,在接雨器之下设置一个雨量筒,雨量筒上部嵌套在保护桶内壁和接雨器外壁之间,并相互不接触;雨量筒下部为漏斗和排水管,雨量筒放置在第一称重器上,第一称重器安装在基座上;
b、然后设置测量筒B,测量筒B和测量筒A具有完全相同的保护筒和接雨器,测量筒B采用翻斗或称重监测降水量,采用翻斗监测降水量时,雨量筒通过支腿安装在基座,在排水管之下安装翻斗装置,翻斗装置安装在基座上,并与排水管不接触;采用称重监测降水量时,雨量筒安装在支架上,支架设置支腿安装在基座上,在雨量筒下部设置一个缓存漏斗和出水管、电磁阀,缓存漏斗安装在支架上,在缓存漏斗出水管之下设置测量水桶,缓存漏斗排水管伸入测量水桶内部,但与测量水桶不接触,测量水桶下部一侧设置弃水管,弃水管上安装电磁阀,测量水桶放置在第二称重器上,第二称重器安装在基座上;
c、测量筒B和测量筒A的保护桶内部均设置有加热装置,称重器、加热装置分别与控制器相连,实现通讯与控制,在保护桶内温度低于0度时,通过加热装置使保护筒内温度保持在0度,避免保护筒内部机件结冰,同时又不能影响雨量筒自然融雪过程;
d、当出现降雨时,测量筒B通过翻斗或者称重器实时监测降雨量或测量水桶重量的变化量,从而得到时段雨量和日雨量;当出现雨雪混合降水或者降雪时,测量筒A监测雨量筒中积雪重量变化量,测量筒B测计融雪量,据此计算时段降水量或者日降水量;当测量筒B采用称重器监测时,测量水桶中水量达到额定值Q克时,控制器发出指令,电磁阀打开排水,排水完毕关闭电磁阀,再次称重,完成计量。
2.根据权利要求1所述的双筒式雨雪量测量方法,其特征是:设观测时段长为△t,时段总数为k,j为时段数,j取值为1,…, k;
(1) 测量筒A:
变量设定,j时段末雨量筒重量为Wj;j时段末和时段初雨量筒称重重量差转化为降水深为△Wj,那么:
△Wj=10(Wj-Wj-1)/314.15926
测量筒B采用翻斗装置计量时:
设, j时段末累计降雨量或融雪量为Pj,j时段降雨量或融雪量为PPj,那么:
PPj=Pj-Pj-1
其中,P0=0
测量筒B采用称重法计量时:
每个时段末测量水桶重量为Wj;从开始时至j时段末测量水桶增水量转化为降雨深为Pj,j时段测量水桶增水量转化为降雨深为PPj;从开始时至j时段末排水次数为i,日排水总次数为n,第i次排水前水桶重量W1i,排水后测量水桶重量为W2i,测量水桶日增水量转化为降雨量为P, j时段末累计排水总量WWi,则:
WWi=∑(W1i -W2i), i=0,1,…,n
每日开始时,在控制器自动设置排水次数i=0,出现排水时i= i+1;当排水次数为0时,WWi=0;当排水次数大于0时,计算WWi,则:
Pj=10[(WWi+ Wj) – W0]/314.15926
PPj= Pj - Pj-1
P=10(WWn +Wk-W0) /314.15926
(4)降水量计算:
1)当△Wj>0时,△Wj+ PPj即为△T时段内降水量,PPj为融雪量;
2)当△Wj<0时,△Wj+ PPj =0,则降水量为0,PPj为时段内的融雪量;△Wj+ PPj >0,△Wj+PPj即为△T时段内降水量,PPj为融雪量;
3)当△Wj=0时,PPj >0,则PPj为时段降雨量;PPj =0,则时段内降水量为0。
3.根据权利要求1所述的双筒式雨雪量测量方法,其特征是:加热装置包括加热片和温度传感器,加热片通过温控开关与电源连接,温度传感器与控制器连接;在不测定自然融雪量情况下,提高保护筒内温度,比如设置为1或2度,不会影响降水量监测精度。
4.一种双筒式雨雪量测量装置,其特征是:采用测量筒A和测量筒B配合监测降水量,其中,所述测量筒A包括一个保护筒,所述保护筒上部为接雨器,所述接雨器之下设置一个雨量筒,所述雨量筒上部嵌套在所述保护桶内壁和所述接雨器外壁之间,并相互不接触;所述雨量筒下部为漏斗和排水管,所述雨量筒放置在第一称重器上,所述第一称重器安装在基座上;所述测量筒B和测量筒A具有完全相同的所述保护筒和所述接雨器,所述测量筒B采用翻斗或称重监测降水量,采用翻斗监测降水量时,所述雨量筒通过支腿安装在所述基座,所述排水管之下安装翻斗装置,所述翻斗装置安装在所述基座上,并与所述排水管不接触;采用称重监测降水量时,所述雨量筒安装在支架上,所述支架设置支腿安装在所述基座上,所述雨量筒下部设置一个缓存漏斗和出水管、电磁阀,所述缓存漏斗安装在所述支架上,所述缓存漏斗出水管之下设置测量水桶,所述缓存漏斗排水管伸入所述测量水桶内部,但与所述测量水桶不接触,所述测量水桶下部一侧设置弃水管,所述弃水管上安装电磁阀,所述测量水桶放置在第二称重器上,所述第二称重器安装在所述基座上;所述测量筒B和测量筒A的保护桶内部均设置有加热装置,称重器、加热装置分别与控制器相连,实现通讯与控制,在保护桶内温度低于0度时,通过加热装置使保护筒内温度保持在0度,避免保护筒内部机件结冰,同时又不能影响雨量筒自然融雪过程。
5.根据权利要求4所述的双筒式雨雪量测量装置,其特征是:所述加热装置包括加热片和温度传感器,加热片通过温控开关与电源连接,温度传感器与控制器连接。
6.根据权利要求4所述的双筒式雨雪量测量装置,其特征是:所述测量筒B采用称重监测降水量时,测量水桶下部设置弃水管,所述弃水管上安装电磁阀,当测量水桶中水量达到额定值Q克时,实现自动排水。
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