水位雨量采集设备在水土保持监测点的应用及评价.doc

水位雨量数据采集设备在贵州省云雾水土保持监测点的应用及评价前 言 在水土保持监测站点观测中，降水量资料及卡口站水位资料是水土流失观测资料的重要部分，其完整性及准确性直接确定了水土流失观测的效果。因此，能够及时、准确完整的纪录降水量和卡口站水位变化是做好水土保持监测站点观测工作的前提和基础。 水位雨量数据采集设备（JDZ051型翻斗式雨量传感器、WFH-2型全量机械编码水位计、WFZ-2水位雨量数据采集仪）是水利部南京水利水文自动化研究所生产的降雨量、水位测量仪器。当给雨量传感器配上雨量固态存储器后，降雨资料的收集几乎可以无人工干预；配合无线通信设备后，便可以在数据采集中心机房了解每次降雨的全部过程。2008年，贵州省黔南州水土保持监测分站在云雾水土保持监测点将水位雨量数据采集设备应用于水土保持常规观测系统。下面通过对该站点2009年的雨量传感值进行对比分析，以总结验证该仪器在野外作业的效果。1 仪器特点及功能介绍 黔南州云雾水土保持监测点选用的水位雨量数据采集设备是水利部南京水利水文自动化研究所生产的一套能够长期自动采集雨量和水位数据的自记设备，该套设备主要是由JDZ051型翻斗式雨量传感器、WFH-2型全量机械编码水位计及WFZ-2水位雨量数据采集仪组成。JDZ051型翻斗式雨量传感器即是用以感知自然界降雨量，同时将其转换为开关信息量输出，以满足信息传输、处理、记录和显示的需要。本套仪器的传感器是采用翻斗式雨量计，其输出信号的方式是采用磁钢干簧管式接点通断信号传输，其有可靠性的分辨率为0.2和0.5mm的翻斗式雨量传感器，按规范推荐供选用。 WFH-2型全量机械编码水位计用于感测天然水体水位的变化，同时通过轴角编码器将水位模拟量转换为数字信息量，以满足信息传输、处理、记录和显示的需要。本套仪器采用是采用浮子传感全量机械编码水位计，其特点是结构简单，工作可靠，使用、维修方便，水位测量范围为04095cm，分辨力为1m。 WFZ-2水位雨量数据采集仪是水位、雨量共同采集的采集设备。这样可以减少投资。有一个雨量信号输入端口和一个水位信号输入端口，还有一个三键组成的键盘，一个8位7段LED显示器和一个RS-232串行通信口。它可以外接一台翻斗式雨量计，自动测量记录降雨过程数据。同时，还可以外接一个水位传感器，对水位传感器的编码信号进行数据采集，记录水位变化过程数据。通过面板上的三个LED显示器上显示出这些数据，同时还可以由微机通过RS-232口读取数据，存入硬盘，建立数据库，或打印各种数据报表。 除此之外，还可以通过写卡器和存储卡读取水位、雨量数据采集器存储数据。 在一些有条件的测站，若有程控电话机，可以通过电话MODEM将采集器同数据采集中心电话网相连接，这样，在数据采集中心就可以用微机查询遥测站存储的数据。2 仪器在云雾水土保持监测点应用情况 2.1测站基本情况 云雾水土保持监测点位于贵州省中南部贵定县境内，所处区域年平均降雨量1800m左右。水位传感器及数据采集仪安装在卡口站观测房测槽上，为便于与连接数据采集仪，雨量传感器安装在卡口站观测房顶，与人工雨量计的直线距离为1.1m，测站的观测场地均符合SL21-90降水量观测规范的要求。 2.2 资料的选用与要求选用2009年汛期(4月1日9月30日)的资料。要求自记值和人工值中，如有一个大于或等于10mm时，即须进行对比。 2.3 资料分析 参照SL21-90降水量观测规范中关于测量精度的要求，以人工值作为真值，仪器值作为仪器记录水量，用相对误差来评价日雨量资料的合格率，即 式中：相对误差； 传感值； 人工值。4%为合格。表1中有效样本为28个，相对误差在4%范围内的有22个，合格率为78.57%，而且异常样本为6个，值多为负值；为什么会出现这种情况呢？通过对数据进行分析后，得出两点原因。表1 雨量数据对比资料日期传感值mm人工值/mm日期传感值mm人工值/mm日期传感值mm人工值/mm2009-4-1154.554.92009-5-1622.522.62009-7-236.536.82009-4-1714.514.62009-5-181313.42009-7-2610.56.52009-4-1848.536.72009-5-2216.516.52009-7-272832.12009-4-2327.527.82009-6-13939.32009-7-3111.511.72009-4-281717.32009-6-846.546.52009-8-1439.539.62009-4-3012122009-6-202615.42009-8-2919.519.82009-5-117.517.72009-6-2128.539.32009-9-1612.512.92009-5-53838.12009-6-252727.32009-9-2011.511.72009-5-722.522.92009-6-261010.12009-5-122626.42009-6-2971.564.52.3.1 传感值和人工值数字来源不同采用的雨量传感器分辨率为0.5mm，因此，传感值最小单位为0.5，也就是说每0.5mm降雨量翻斗翻动一次，记录一次数据。而在下次雨量未达0.5mm时，翻斗未翻转，传感器不计数。因此出现每次降雨人工值大于传感值0-0.5mm是正常的，这也是值多为负数的原因。2.3.2 日分界时间存在差异 (即观测时间仪器和人工的不同) 数据采集仪日降雨量时间段为当日8点至第二日8点的累计雨量，监测点位置较偏远，观测员每次降雨都要从3公里以外的办公室赶到监测点，对人工雨量计进行读数，因此会存在或多或少的时间差异。当没有严格在8时观测，且8时降雨时，人工值与传感值就会出现异常，若连续两日降雨，则次雨量是正常的。例如2009年4月18日、6月20、21、29日，7月26、27日的日雨量资料都是不合格的，但连续两日的和是合格的。3 评 价 3.1 通过观测数据对比分析，水位雨量数据采集设备满足水土保持监测点雨量、水位观测的精度要求，实际应用的效果是良好的。 3.2 现在我省大部分站点采用的自记设备涉及很多人工操作的环节。其中某一环节出现错误，都可能引起数据资料的异常。水位雨量数据采集设备降雨资料的收集几乎无人工干预，这样就保证了数据