一．前言

在水文水利監(jiān)測(cè)體系中，降水量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)獲取是流域水資源管理、洪水預(yù)警調(diào)度及水利工程運(yùn)維的核心基礎(chǔ)，翻斗式雨量計(jì)憑借機(jī)械結(jié)構(gòu)與電子技術(shù)的融合特性，成為水文監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的降水計(jì)量設(shè)備之一。

二．監(jiān)測(cè)原理

翻斗式雨量計(jì)的監(jiān)測(cè)原理圍繞機(jī)械翻轉(zhuǎn)與信號(hào)轉(zhuǎn)換的協(xié)同運(yùn)作展開(kāi)，水文工程技術(shù)人員將設(shè)備的核心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為承雨口、過(guò)濾漏斗、翻斗組件與信號(hào)觸發(fā)模塊的組合形式。自然降水通過(guò)Φ200mm國(guó)標(biāo)口徑的承雨口被收集后，經(jīng)過(guò)濾漏斗去除枝葉、泥沙等雜質(zhì)再注入對(duì)稱(chēng)設(shè)計(jì)的翻斗單元，該單元被中間隔板分為兩個(gè)等容積的三角斗室并形成機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)。當(dāng)單側(cè)斗室承接的雨水量達(dá)到0.1mm或0.2mm或0.5mm的設(shè)定閾值時(shí)，重力作用驅(qū)動(dòng)翻斗快速翻轉(zhuǎn)并將雨水傾瀉至下方集水器，同時(shí)另一側(cè)斗室隨即進(jìn)入承接狀態(tài)。翻斗側(cè)壁固定的磁鋼隨翻轉(zhuǎn)動(dòng)作從干簧管旁掃過(guò)，使干簧管產(chǎn)生一次通斷信號(hào)，數(shù)據(jù)采集模塊通過(guò)記錄脈沖信號(hào)的頻次并結(jié)合預(yù)設(shè)閾值，即可換算出實(shí)時(shí)降水強(qiáng)度與累計(jì)降水量。水利工程專(zhuān)家指出，這種機(jī)械觸發(fā)式的計(jì)數(shù)方式能有效規(guī)避電子元件受環(huán)境溫濕度影響產(chǎn)生的測(cè)量偏差，同時(shí)翻斗組件的精密支承系統(tǒng)將摩阻力矩控制在極低水平，使設(shè)備在小雨至暴雨的不同雨強(qiáng)條件下均能保持計(jì)量穩(wěn)定性 。

三．技術(shù)參數(shù)

翻斗式雨量計(jì)為降水量測(cè)量一次儀表，其性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 21978.2－2014《降水量觀測(cè)要求》要求，其核心指標(biāo)的設(shè)計(jì)與水文監(jiān)測(cè)的實(shí)際需求高度匹配。水文設(shè)備研發(fā)人員將設(shè)備的承雨口采用304不銹鋼整體沖壓成型，外刃口40°~45°的傾角設(shè)計(jì)使滯水誤差控制在0.05mm以?xún)?nèi)，而200cm2的承雨面積則符合氣象水文監(jiān)測(cè)的國(guó)標(biāo)要求。測(cè)量精度方面，設(shè)備在≤10mm降水時(shí)誤差可控制在±0.4mm范圍內(nèi)，大于10mm降水時(shí)相對(duì)誤差不超過(guò)4%，同時(shí)0.1mm、0.2mm、0.5mm的分辨率規(guī)格可分別適配微量降水觀測(cè)與強(qiáng)降雨監(jiān)測(cè)場(chǎng)景。環(huán)境適應(yīng)性參數(shù)上，設(shè)備能在0℃~-50℃的溫度區(qū)間與95%相對(duì)濕度環(huán)境下持續(xù)運(yùn)行，搭配三級(jí)電磁防護(hù)設(shè)計(jì)使其能抵御靜電放電、脈沖群等電磁干擾，而靜態(tài)功耗低于1mA的低耗特性，讓設(shè)備可通過(guò)太陽(yáng)能供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)偏遠(yuǎn)水文站的無(wú)人值守運(yùn)行。數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)層面，設(shè)備支持4G、北斗雙模通信并具備≥30天的本地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)能力，即便在網(wǎng)絡(luò)中斷的情況下也能避免降水?dāng)?shù)據(jù)的丟失，同時(shí)分鐘級(jí)的采集間隔可滿足水文監(jiān)測(cè)對(duì)數(shù)據(jù)時(shí)效性的要求。

四．技術(shù)優(yōu)勢(shì)

翻斗式雨量計(jì)的性能優(yōu)勢(shì)在水文水利領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用中體現(xiàn)得尤為突出，水利監(jiān)測(cè)人員認(rèn)為其高精度與穩(wěn)定性是核心競(jìng)爭(zhēng)力。相較于傳統(tǒng)人工雨量筒，該設(shè)備0.1mm的高分辨率可精準(zhǔn)捕捉微量降水，避免小雨漏測(cè)的問(wèn)題，而在4mm/min的暴雨工況下仍能保持±3%的計(jì)量誤差，滿足水文監(jiān)測(cè)對(duì)極端天氣的觀測(cè)需求。自動(dòng)化與實(shí)時(shí)性的特性顯著提升水文監(jiān)測(cè)效率，脈沖信號(hào)經(jīng)無(wú)線傳輸模塊直接同步至水利數(shù)據(jù)中心，無(wú)需人工現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)，使監(jiān)測(cè)人員能遠(yuǎn)程掌握流域降水動(dòng)態(tài)。

五．應(yīng)用場(chǎng)景

翻斗式雨量計(jì)在水文水利領(lǐng)域的應(yīng)用場(chǎng)景已從傳統(tǒng)的固定水文站延伸至多元化的監(jiān)測(cè)場(chǎng)景。

1.在流域洪水預(yù)警中，設(shè)備被部署于山區(qū)、水庫(kù)上游等水文敏感區(qū)域，其實(shí)時(shí)降水?dāng)?shù)據(jù)與水位計(jì)聯(lián)動(dòng)分析后，能為洪水預(yù)報(bào)模型提供關(guān)鍵參數(shù)，長(zhǎng)江流域的水利部門(mén)就通過(guò)該設(shè)備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)優(yōu)化水庫(kù)蓄水與放水策略，使洪峰預(yù)警的精準(zhǔn)度得到提升。

2.在城市水利工程中，設(shè)備被安裝于低洼路段、排水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的降雨強(qiáng)度數(shù)據(jù)可為市政部門(mén)啟動(dòng)排水設(shè)施、封閉危險(xiǎn)路段提供依據(jù)，進(jìn)而降低城市內(nèi)澇的風(fēng)險(xiǎn)。

3.在農(nóng)田水利與生態(tài)水文領(lǐng)域，小型化的翻斗式雨量計(jì)被用于灌區(qū)降水監(jiān)測(cè)，數(shù)據(jù)與灌溉系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)后可動(dòng)態(tài)調(diào)整灌溉方案，同時(shí)在濕地、森林生態(tài)區(qū)的長(zhǎng)期觀測(cè)中，設(shè)備能記錄降水分布特征并為生態(tài)水文循環(huán)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4.此外在水利工程建設(shè)中，設(shè)備還被用于施工期的降水監(jiān)測(cè)，為基坑排水、邊坡防護(hù)等工程措施的制定提供數(shù)據(jù)支撐。

六．總結(jié)

隨著智慧水利技術(shù)的發(fā)展，翻斗式雨量計(jì)正逐步融入數(shù)字化監(jiān)測(cè)體系，水文技術(shù)研發(fā)人員將邊緣計(jì)算模塊與設(shè)備集成，使數(shù)據(jù)處理效率得到提升，同時(shí)4G通信技術(shù)的接入讓偏遠(yuǎn)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)傳穩(wěn)定性進(jìn)一步增強(qiáng)。