關(guān)于虹吸式自記雨量計平頭問題的探討

王果立

摘 要：在河南省降水測驗的工作中，虹吸式自記雨量計使用最為廣泛，而自記雨量計記錄線平頭問題是降水過程中較常見也較復(fù)雜的問題，本文通過對平頭問題的分析探討，找出平頭問題的原因和一系列處理方法，從而正確的解決這一疑難問題，對提高雨量測驗的質(zhì)量具有參考意義。

關(guān)鍵詞：自記雨量計；平頭訂正；虹吸管

中圖分類號：P332 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）06-0255-02

1 概述

虹吸式自記雨量計適用于氣象站、水文站、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等有關(guān)部門用來連續(xù)自動記錄液體降水量。在我省降水測驗的工作中，虹吸式自記雨量計使用最為廣泛，而虹吸式自記雨量計也具有節(jié)約能源、擁有完整的降水記錄、不需人工守候、測驗精度高等優(yōu)點，但由于儀器本身和其他因素影響，難免會出現(xiàn)很多復(fù)雜問題，如延時觀測、虹吸記錄線傾斜、虹吸量不準(zhǔn)、記錄線平頭等，使觀測員無法得到準(zhǔn)確的觀測資料，而針對故障的分析和處理就顯得尤為重要。下面就對降水測驗中虹吸式自記雨量計經(jīng)常出現(xiàn)的記錄線平頭的問題進(jìn)行一番探討。

2 平頭問題的原因分析

虹吸式自記雨量計的記錄線平頭現(xiàn)象是指在降雨時，雨量計記錄線的高度處在虹吸高度，卻沒有產(chǎn)生虹吸，把降水的漸升過程線劃成了直線過程線的一種不真實的過程線。正常的降水虹吸過程中，當(dāng)降水落到自記雨量計的盛雨器中后，降水經(jīng)過小漏斗進(jìn)入浮子室，浮子室中的浮子隨著浮子室內(nèi)的水位升高而升高，當(dāng)浮子頂?shù)礁∽邮翼斏w時，浮子室內(nèi)的降水就從虹吸管流入到儲水瓶中。而由于北方風(fēng)沙較大，雨水中常伴有泥沙，就會造成虹吸管和浮子室內(nèi)存有臟物，臟物堵在虹吸管的轉(zhuǎn)彎處，阻止浮子室中的水體從虹吸管虹吸出來，使浮子室內(nèi)的水體在一定時間內(nèi)處于平衡狀態(tài)，同時會伴有虹吸管滴水的現(xiàn)象，這時浮子連接的記錄筆也受到虹吸的控制處于平衡狀態(tài)，隨著時間的推移，記錄筆在記載紙上劃出的降水過程線就會是一條直線。這就是平頭出現(xiàn)的原因。

虹吸式自記雨量計的平頭問題，是較常出現(xiàn)的故障之一，也是很多觀測員處理不好的疑難問題之一。由于處于平頭狀態(tài)，浮子室內(nèi)水體不虹吸，在此過程中的降水會通過虹吸管滴落在儲水瓶內(nèi)，造成了虹吸量的不準(zhǔn)確。通常觀測員僅憑自記紙上記錄線的降水記錄獲取查得量，然后按照經(jīng)驗擅自更改自然虹吸量，從而造成了日降水量出現(xiàn)誤差。這兩個問題都是降水測驗中影響比較大的問題，降水測驗和資料整編都會受到影響，所以應(yīng)當(dāng)對自記雨量計的平頭問題加以重視，并完善處理。

3 平頭問題的處理方法

3.1 針對虹吸式自記雨量計平頭問題的調(diào)整、養(yǎng)護(hù)

在虹吸式自記雨量計使用過程中，常常由于受觀測員責(zé)任心不強，儀器養(yǎng)護(hù)不到位及故障不能及時排除等影響，致使雨量計出現(xiàn)故障。我們要排除自記雨量計平頭的故障問題，首先應(yīng)當(dāng)從日常的儀器維護(hù)抓起。在沒有降雨時，可以對儀器進(jìn)行維護(hù)清理。首先要定期清洗浮子室，一般是用肥皂水兩個月一次進(jìn)行清洗，風(fēng)沙較大或飛塵較多的地區(qū)至少要一個月清洗一次。然后是虹吸管，虹吸管是個關(guān)鍵部件，一定要定期用肥皂水或其他洗滌劑反復(fù)進(jìn)行清洗，特別是虹吸管彎曲部分一定要清洗干凈，直至過水后管壁不附著水珠為止。一般一個月一次進(jìn)行清洗，若是風(fēng)沙較大或飛塵較多的地區(qū)，可以適當(dāng)增加清洗次數(shù)。在清洗浮子室時需要注意觀察浮子，浮子若是出現(xiàn)漏水或底部凹陷等問題，必須及時更換浮子。常用酒精洗滌自記筆尖，用小刀刮凈筆尖上的臟物，保持其清潔濕潤，以使墨水順暢流出，雨量記錄線清晰連續(xù)均勻。自記紙應(yīng)放在干燥清潔的環(huán)境中保存，保持自記紙干燥光滑，不能使用受潮臟污或者紙邊發(fā)毛的自記紙，確保自記筆尖劃線流暢不受阻。以上是在沒有降水時針對自記雨量計的調(diào)整、養(yǎng)護(hù)辦法，可以有效減少自記雨量計出現(xiàn)平頭故障。

3.2 降水過程中虹吸式自記雨量計的平頭故障處理

在降水過程中，觀測員需不時巡視虹吸式自記雨量計，如在巡視過程中發(fā)現(xiàn)虹吸不正常的平頭滴水現(xiàn)象，由于在降水過程中無法去清洗浮子室虹吸管，因此出現(xiàn)平頭滴水時，就需要觀測員守在虹吸式自記雨量計旁邊。在降水量累計達(dá)到10mm時或達(dá)到虹吸高度時不能正常虹吸，同時虹吸管尾端向儲水瓶滴落水滴時，為避免自記紙出現(xiàn)平頭線，應(yīng)當(dāng)先將門打開，把自記筆尖輕輕撥離紙面，用手握住筆架部件，輕輕向下按，迫使自記雨量計發(fā)生虹吸。虹吸停止后，使自記筆尖對準(zhǔn)自記紙上時間和零線的交點繼續(xù)記錄，直至雨停為止，若是出現(xiàn)平頭的現(xiàn)象，均需這樣進(jìn)行人工迫降。這樣一來，就避免了平頭現(xiàn)象的發(fā)生，同時需要將虹吸量準(zhǔn)確量出，在資料處理中進(jìn)行訂正分配，使各項成果不會受到影響。

另外在暴雨過程中，當(dāng)降水量累計達(dá)到10mm或10mm以上時，仍不虹吸，記錄線呈平頂狀，出現(xiàn)平頭滴水現(xiàn)象，除了儀器故障等問題外，還有可能是因為暴雨期間降水量大，虹吸管下端被儲水瓶的水淹沒，降水進(jìn)入浮子室后，虹吸管兩端封閉，期間空氣被壓縮，致使虹吸管內(nèi)的水面總是低于浮子室內(nèi)的水面。只有當(dāng)浮子室水面繼續(xù)升高，虹吸管內(nèi)的水面到達(dá)彎曲頂點時，迫使空氣從虹吸管內(nèi)排出后，才發(fā)生虹吸，而此時浮子往往頂在浮子室蓋上無法繼續(xù)上升。這時我們就需要及時準(zhǔn)確量取儲水瓶中的虹吸量，清空儲水瓶后重新放置或及時更換儲水瓶。這時自記紙上的記錄線往往不能代表實際的降水量，需要按照儲水瓶內(nèi)虹吸量進(jìn)行平頭訂正。

3.3 降水量資料的平頭訂正

當(dāng)自記紙上記錄線已經(jīng)出現(xiàn)平頭線的時候，我們除了在降水過程停止后對自己雨量計進(jìn)行調(diào)整和維護(hù)，還要對資料上已經(jīng)出現(xiàn)的平頭線進(jìn)行處理，這時就需要我們利用虹吸量對降水過程進(jìn)行平頭訂正。

一般來講，自然虹吸雨量（計算量）大于記錄雨量（查得量），且每次虹吸的平均差值達(dá)到0.2mm或1d內(nèi)自然虹吸量累積差值大于記錄量2.0mm時，應(yīng)進(jìn)行虹吸訂正。訂正的方法是將自然虹吸雨量與相應(yīng)記錄的累積降水量的差值平均或者按降水強度的大小分配在每次自然虹吸時的降水量內(nèi)。而當(dāng)出現(xiàn)平頭時，自然虹吸雨量往往比記錄雨量要大的多，因此平頭訂正也比一般虹吸量的訂正更加復(fù)雜?？偟膩碚f，根據(jù)訂正量的分配方式，平頭訂正有兩種方法。

第一種方法，也是我們傳統(tǒng)上沿用的方法，使用儲水瓶中量取的虹吸量，來減去自記紙上的底水量，加上未吸量，得出的就是這一次降水過程的自然虹吸雨量（計算量）。自然虹吸雨量和記錄雨量（查得量）的差值，就是這次要進(jìn)行訂正的訂正量。如果平頭發(fā)生在一個時段內(nèi)，將訂正量分配在平頭降水時段即可。如果平頭時間較長，跨越時段，那么訂正量往往較大；如果單純平均分配，或主觀的按照記錄線的降水強度進(jìn)行分配，往往會造成誤差。對于這種情況，一般的解決辦法就是選擇參照臨近雨量站資料的降水和降水強度進(jìn)行平頭訂正。不過由于降水過程中積雨云是隨風(fēng)飄動的，不同地點降水時間有先有后，因此在訂正平頭時也不能一味考慮鄰站資料和時間同步，還應(yīng)考慮在雨形上相對同步的雨量站資料作為參考。這種方法降低了平頭訂正時的誤差，加大了訂正精度，也是我們比較常用的平頭訂正辦法。

隨著水文工作的開展，實時雨量自動監(jiān)測警報網(wǎng)的建設(shè)，我省的各個雨量站附近也基本配備了翻斗式遙測雨量計，遙測雨量計無需人工看護(hù)，降水量的精度也較高，尤其表現(xiàn)在降水時段和降水強度上。因此在降水資料出現(xiàn)平頭的情況下，我們也可以參考遙測雨量，根據(jù)遙測雨量的降水時段和降水強度，來判斷平頭跡線期間，該雨量站的降水時段和雨強，并進(jìn)行訂正量的分配，完成平頭訂正。這就是我們的第二種方法，與第一種方法相較，省卻了參照多個鄰站的工作量和有可能產(chǎn)生的降水時段和雨強上的誤差，使資料平頭訂正后更加合理和完善。

4 結(jié)語

降水測驗中的記錄線平頭問題是降水過程中較常見也較復(fù)雜的問題，以上是筆者根據(jù)多年工作經(jīng)驗的積累，針對這一問題進(jìn)行了一些歸納和總結(jié)，根據(jù)這些辦法，基本能夠?qū)⑵筋^問題處理好，使儀器運轉(zhuǎn)正常，使資料合理完善。我省目前仍廣泛使用虹吸式自記雨量計，各種疑難問題也經(jīng)常出現(xiàn)，我們應(yīng)不斷分析出現(xiàn)的原因，探索解決的辦法，做好日常儀器調(diào)整養(yǎng)護(hù)工作，并對觀測工作做到認(rèn)真負(fù)責(zé)，這樣才能獲得精度較高的資料，為防汛抗旱等工作做出貢獻(xiàn)。